En agosto de 1944, obras maestras del arte moderno robadas por la Wehrmacht están siendo enviadas a Alemania; el oficial a cargo de la operación, el Coronel Franz von Waldheim, está decidido a llevar las pinturas a Alemania, sin importar el costo. Después de que las obras que selecciona son retiradas del Museo Jeu de Paume, la curadora Mademoiselle Villard busca ayuda de la Resistencia Francesa. Dada la inminente liberación de París por parte de los Aliados, los trabajadores de SNCF (Ferrocarriles Nacionales Franceses) asociados con la Resistencia solo necesitan retrasar el tren unos días, pero es una operación peligrosa y debe hacerse sin arriesgar la carga invaluable.

El líder de la célula de Resistencia y inspector de área de SNCF, Paul Labiche, inicialmente niega el plan, diciéndole a Mlle. Villard y al líder senior de la Resistencia, Spinet: "No desperdiciaré vidas por pinturas". Cambia de opinión después de que su exmentor cascarrabias, Papa Boule, es ejecutado sumariamente por sabotear el tren por su cuenta. Después de ese sacrificio, Labiche se une a sus compañeros de Resistencia Didont y Pesquet, quienes han estado organizando su propio plan con la ayuda de otros miembros de la Resistencia de SNCF. En una elaborada estratagema, redirigen el tren, cambiando temporalmente la señalización de las estaciones de tren para hacer creer a la escolta alemana que se dirigen a Alemania cuando en realidad han vuelto hacia París. Dos colisiones deliberadas bloquean el tren en el pequeño pueblo de Rive-Reine sin dañar la carga. Labiche, aunque herido en la pierna, escapa a pie con la ayuda de Christine, la viuda dueña de un hotel en Rive-Reine, mientras otros miembros de la Resistencia involucrados en la trama son asesinados, incluyendo a Pesquet y Jacques, el jefe de estación de Rive-Reine.

Esa noche, Labiche y Didont se reúnen nuevamente con Spinet, junto con Robert, el joven sobrino de Jacques, y planean pintar las partes superiores de tres vagones de blanco para advertir a las aeronaves aliadas de no bombardear el tren de arte. Robert recluta a trabajadores ferroviarios y amigos de su tío. Él y Didont son asesinados cuando se detecta la pintura durante una falsa alarma de ataque aéreo organizada por Robert, pero debido a la pintura, el tren es salvado del bombardeo al día siguiente cuando bombarderos aliados medianos sobrevuelan Rive-Reine.

Ahora trabajando solo, Labiche continúa retrasando el tren después de que las vías sean despejadas, lo que provoca la creciente ira de von Waldheim. Labiche intenta usar explosivos plásticos para destruir la locomotora, solo para descubrir que lleva rehenes franceses puestos por los alemanes. Para salvar a los rehenes, él detona los explosivos antes de tiempo, dañando las vías delante del tren. Mientras los alemanes arreglan las vías, Labiche corre adelante, luchando por mantenerse alejado de los soldados que lo buscan. Finalmente, logra descarrilar el tren desenroscando y aflojando uno de los rieles, haciendo que los rieles se separen y el motor caiga suavemente en el balasto sin dañar a los rehenes.

No hay una grúa disponible para volver a alinear el tren, por lo que Von Waldheim detiene un convoy del ejército que se retira por una carretera cercana, aprendiendo que una división blindada francesa no está lejos detrás. El coronel ordena que se descargue el tren e intenta apoderarse de los camiones para el arte, pero el comandante del convoy rechaza la orden. El contingente alemán del tren entonces mata a los rehenes y se une al convoy que se retira.

Von Waldheim permanece atrás con el tren abandonado. Entre las vías y la carretera hay cajas etiquetadas con los nombres de famosos artistas. Aparece Labiche y el coronel lo reprende por no tener un interés real en el arte que ha salvado. En respuesta, Labiche se gira y mira a los rehenes asesinados y luego, sin decir una palabra, se vuelve hacia von Waldheim y lo dispara mortalmente. Después, Labiche cojea y se aleja, dejando los cuerpos y los tesoros artísticos donde están.