1980년대 냉전이 한창일 때를 배경으로, 이야기는 소련 북방함대의 무르만스크 기지에서 시작된다. 60세의 마르코 라미우스 함장은 소련의 최신 타이푼급 탄도미사일 잠수함 붉은 10월을 타고 출항한다. 혁신적인 무소음 추진 시스템을 갖춘 거대한 잠수함은 흔적 하나 남기지 않고 차가운 북극해로 미끄러져 들어간다. 하지만 라미우스는 평범한 훈련에 나선 것이 아니다. 소련 체제에 환멸을 느낀 그는 핵심 장교들과 함께 미국으로 망명해 이 치명적인 잠수함을 넘기려 한다.

본심을 감추기 위해 라미우스는 소련 최고사령부에 망명을 알리는 편지를 보내고, 이로써 대대적인 해상 수색 작전이 시작된다. 모스크바는 라미우스의 옛 제자인 투폴레프 함장이 지휘하는 알파급 공격형 잠수함을 비롯해 함대를 출동시켜 붉은 10월을 격침하려 한다. 한편 버지니아주 랭글리에서는 CIA 분석관인 당신이 위성 사진, 신호 정보, 인사 기록을 검토하며 라미우스의 진짜 의도를 추론한다. 당신은 그가 핵 공격을 감행하려는 게 아니라 망명하려 한다는 사실을 알아낸다. CIA 국장 그리어 제독은 당신을 보내 미국이 라미우스를 돕도록 설득하게 하고, 바트 맨쿠소 함장이 지휘하는 미 해군 공격 잠수함 USS 댈러스에 태운다. 당신이 증거를 제시하자 맨쿠소는 망명을 돕기로 한다.

먼바다에서 라미우스는 잠수함의 원자로에 치명적인 고장이 난 것처럼 꾸며, 충성스러운 승조원들이 구조선으로 대피하도록 유도한다. 신뢰하는 공모자들과 함께 잠수함에 남은 라미우스는 함선을 넘길 준비를 한다. 하지만 요리사로 위장한 GRU의 사보타주 요원 한 명이 아직 잠수함에 숨어 있다. 요리사는 총을 쏴 부함장 바실리 보로딘에게 치명상을 입히고, 좁은 통로에서 라미우스를 총으로 위협하며 인질로 잡는다. 전투 훈련도 받지 못했고 완전히 무장 해제된 당신은 수면 아래 수백 미터 깊이의 붉은 10월에 올라탄 채, 당신의 다음 행동에 냉전의 향방이 달린 상황에서 총을 든 남자와 맞닥뜨린다.