Se déroulant pendant les périodes tendues de la guerre froide, la défection audacieuse d’un capitaine de sous-marin soviétique de haut niveau met le monde entier en danger. Jack Ryan, un spécialiste de la CIA, est appelé pour analyser la situation et aider le gouvernement des États-Unis (US) à éviter un conflit militaire qui perturberait l’équilibre de la paix entre les États-Unis et l’Union soviétique (URSS). Exploration intense de la paix problématique entre les deux puissances mondiales, le roman tient le lecteur en haleine alors que des personnes à tous les niveaux, militaires et civils, se précipitent pour éviter une crise nucléaire mondiale.
Le capitaine Marko Ramius commande le sous-marin phare soviétique, l’Octobre Rouge. Motivés par la mort de sa femme en raison de l’incompétence soviétique, Ramius et ses principaux officiers prévoient de faire défection aux États-Unis. Ramius tue l’officier politique à bord et dit à l’équipage que leur mission implique absolument aucun contact radio. Les officiers trompent l’équipage avec une fausse alerte aux radiations afin qu’ils soient prêts et disposés à quitter le sous-marin au moment de faire défection.
Ramius envoie une lettre à la marine soviétique, les informant de ses plans de défection. Les Soviétiques envoient tous leurs navires et sous-marins à la recherche d’Octobre rouge. Cela provoque les militaires américains et britanniques à cause de tant de sous-marins et de navires dans l’océan Atlantique. Le président américain rencontre l’ambassadeur soviétique, qui prétend qu’il s’agit d’une mission de sauvetage. Les Américains proposent d’aider à la mission de sauvetage afin de garder le contrôle de la situation. Les navires américains et soviétiques ont de nombreux contacts rapprochés lorsqu’ils se rencontrent dans l’Atlantique. Jack Ryan, fraîchement arrivé d’Angleterre, dit au président que l’Octobre rouge prévoit de faire défection. Il conseille au président d’offrir l’asile aux transfuges.
L’un des sous-marins qui poursuit l’Octobre rouge met ses moteurs à rude épreuve et coule. Un marin survit. Alors que ce marin est soigné dans un hôpital naval américain, les Soviétiques craignent qu’il ne se réveille et ne révèle qu’il vient d’Octobre rouge. Quand il se réveille, il révèle qu’il vient d’un sous-marin différent, faisant ainsi savoir aux Soviétiques et aux Américains qu’il manque plus d’un sous-marin et que l’Octobre rouge est toujours en fuite.
Skip Tyler élabore un plan secret pour prendre possession de l’Octobre rouge tout en permettant à l’équipage de retourner en Union soviétique. Ils utilisent un véhicule de sauvetage en haute mer pour retirer l’équipage du sous-marin. Ensuite, ils font exploser un sous-marin leurre et disent aux Soviétiques que l’Octobre rouge a été détruit. Les officiers supérieurs de l’Octobre rouge pilotent le sous-marin vers un port secret aux États-Unis. Une fois au port en toute sécurité, les officiers, dont le capitaine Ramius, reçoivent de nouvelles identités aux États-Unis tandis que leur sous-marin, l’Octobre rouge, est analysé par le renseignement militaire américain. Jack Ryan rentre chez lui dans sa famille en Angleterre et les États-Unis évitent un conflit militaire avec l’URSS.