Detective Frank Bullitt wordt door de politicus Chalmers uitgekozen om een Maffia-getuige te beschermen. Deze wordt echter neergeschoten door twee huurmoordenaars die precies lijken te weten waar hij zich verstopt had. Bullitt begint een onderzoek naar zowel de moordenaar als het lek, waarbij hij moet zorgen dat de getuige zo lang mogelijk blijft leven zodat de moordenaars terug zullen keren.