Più di 30 anni dopo la laurea alla scuola Top Gun,[N 1] il Capitano della Marina degli Stati Uniti Pete "Maverick" Mitchell è un pilota collaudatore. Nonostante i numerosi e illustri successi di Maverick, la ripetuta insubordinazione gli ha impedito di avanzare a capitano di bandiera. Il suo amico ed ex rivale di Top Gun, l'ammiraglio Tom "Iceman" Kazansky, è il comandante della flotta del pacifico degli Stati Uniti e spesso protegge Maverick dall'essere allontanato dall'esercito. Il contrammiraglio Chester "Hammer" Cain prevede di chiudere il programma "Darkstar" [N 2] di Maverick a favore del finanziamento di droni. Per salvare il programma dall'annullamento, Maverick cambia l'obbiettivo del test di quel giorno, ovvero portare il velivolo a Mach 10 anziché Mach 9, per soddisfare le specifiche del contratto del programma, ignorando gli ordini di Cain. Il prototipo viene distrutto, tuttavia, Maverick riesce a superare il test spingendosi oltre a Mach 10.

Maverick viene rimproverato da Cain, che gli comunica che è stato chiamato per ritornare alla scuola Top Gun. Maverick viene a sapere che la Marina è stata incaricata di distruggere un impianto non autorizzato per l'arricchimento dell'uranio, localizzato in una profonda depressione alla fine di un canyon. È difeso da torrette equipaggiate con missili terra-aria SA-3 Goa, disturbatori GPS e aerei da caccia di quinta generazione Sukhoi Su-57. Il Comandante delle forze aeree, il viceammiraglio Beau "Cyclone" Simpson comunica al capitano che il suo compito sarà quello di addestrare un gruppo d'élite di diplomati Top Gun, anche se gli rivela che è lì solo per volontà di Iceman.

In un addestramento di combattimento aereo simulato, Maverick aggancia tutti i caccia dei suoi studenti scettici per conquistare il loro rispetto, ma il suo modo di insegnamento anticonformista non piace a Cyclone. L'addestramento mette in risalto le differenze tra i piloti: da un lato c'è Bradley "Rooster" Bradshaw, figlio del defunto migliore amico di Maverick Nick "Goose" Bradshaw, dall'altro Jake "Hangman" Seresin: a Rooster non piace l'atteggiamento disinvolto di Hangman, mentre Hangman critica il volo cauto di Rooster. Maverick intanto rincontra dopo anni l'ex fidanzata Penny Benjamin, barista single con una figlia, Amelia, alla quale rivela che la madre di Rooster gli aveva fatto promettere prima di morire che non avrebbe permesso al figlio di diventare un pilota. Rooster, ignaro della promessa, è risentito nei confronti di Maverick per aver ostacolato la sua carriera militare e lo incolpa per la morte di suo padre. Maverick è riluttante a interferire ulteriormente con la carriera di Rooster, ma l'alternativa è mandarlo in una missione estremamente pericolosa. Racconta i suoi dubbi a Iceman, il quale ha un cancro alla gola terminale, e l'ammiraglio lo incita ad andare avanti. Pochi giorni dopo, Iceman muore.