Dominic Toretto si trova nella Repubblica Dominicana dove, assieme a Letty e alla sua nuova banda compie rapine ai danni di autotreni che trasportano benzina. Dopo la riuscita dell'ultimo colpo, il suo amico Han gli suggerisce di andarsene per evitare una possibile cattura. Han accenna ad una possibile intenzione di recarsi a Tokyo e Dom, dopo aver meditato su ciò che sia giusto fare, durante la notte parte per Panamà lasciando Letty da sola. Dopo un imprecisato periodo di tempo, Dom riceve una telefonata da sua sorella Mia che gli rivela che Letty, tornata a Los Angeles, è stata assassinata. Decide di tornare in città per assistere, furtivamente, al funerale al quale sono presenti anche l'FBI e lo stesso Brian O'Conner, adesso reintegrato come agente.

Dom e Brian si mettono sulle tracce dell'assassino seguendo due strade diverse: il primo, dopo aver trovato tracce di nitrometano sul luogo dell'incidente, si reca all'officina dove è stata modificata l'auto dell'assassino di Letty e, minacciando il meccanico, riesce a farsi dare una traccia. Il secondo, grazie ad un'operazione dell'FBI, trova una pista da seguire. La loro ricerca intrecciata collima in un incontro ravvicinato in casa di David Park, un collaboratore del criminale internazionale Arturo Braga. Dopo un rapido e freddo dialogo, Dominic suggerisce a Brian di non intromettersi nella faccenda, diffidando dell'amicizia di Brian nei suoi confronti.

Sia Dom che Brian sanno che l'unico modo per entrare nel giro è partecipare e vincere una corsa organizzata da Gisele Harabo, una dei membri più in vista del cartello di Braga. Brian è sicuro della sua copertura e Dom, dopo un breve scambio di battute con Fenix, un altro membro importante del cartello, si dichiara pronto a correre e sarà proprio a lui a vincere la corsa ai danni di Brian, vittima di una scorrettezza perpetrata ai suoi danni dall'ex amico sul rettilineo finale. Brian, non può permettersi di restarne fuori e incastra uno dei piloti già reclutati da Braga, incriminandolo per spaccio di droga. Come secondo classificato alla corsa, viene scelto per sostituire quel pilota.

La sera dopo, sia lui che Dom sono invitati al club di Ramon Campos, il vice di Arturo Braga. Campos, dopo una breve chiacchierata con loro, capisce che si conoscono ma non sospetta niente e li invita a comportarsi come se fossero a casa propria. Brian segue Campos negli uffici sul retro per rimediare indizi e impronte, Dom scende nei garage dove trova l'auto che stava cercando, la Ford Gran Torino a nitrometano. Viene raggiunto da Gisele Harabo, chiaramente interessata a lui, che gli rivela che l'auto appartiene a Fenix. Il giorno seguente, i due ed un'altra coppia di piloti, vengono caricati su un camion la cui destinazione è ignota a tutti. Giunti a capolinea, tutte le auto vengono caricate con la merce di Braga. Obiettivo: raggiungere il Messico tramite una serie di tunnel nella frontiera senza che le autorità americane si accorgano di nulla. Una volta arrivati, tutti i piloti vengono fatti scendere dalle auto e minacciati a mano armata. Date le circostanze, Dom apre la valvola del NOS a motore spento e aziona l'accendisigari, creando una vera e propria bomba a orologeria. Una volta sceso dall'auto, si rivolge a Fenix che si rivela essere l'esecutore dell'omicidio di Letty. Esplose le auto e scampati al fuoco degli uomini di Braga, Dom e Brian prendono la merce e la portano dove nessuno potrebbe mai trovarla, neanche l'FBI: il deposito dei veicoli confiscati dalla polizia. Chiamato l'ufficio del bureau per informarli del recupero della droga, Brian riceve l'ordine di rientrare arrestando Toretto, ordine che non viene eseguito.

Dom è stato colpito da una pallottola durante la fuga da Fenix e, non potendo rivolgersi alle cure mediche ufficiali, si rivolge a sua sorella Mia, che raggiunge i due in un garage fuoricittà. Qui, la fiducia di Dom verso l'amico viene scossa dal ritrovamento del cellulare di Letty con il numero di Brian tra le ultime chiamate effettuate dalla ragazza. La scoperta che Letty lavorava sotto copertura, scatena l'ira di Dom verso l'amico e, dopo un intenso scontro, Brian gli rivela che Letty si era rivolta a lui perché voleva che Dom tornasse a casa da uomo libero. Brian, arrivati agli uffici del bureau, fa il suo prezzo per la cattura di Braga; la libertà di Dom. Campos, intanto, riceve una chiamata da Toretto, il quale gli propone uno scambio; la merce per sei milioni di dollari.

Arrivati sul luogo dello scambio, Brian e Dom aspettano l'arrivo di Braga e Campos. L'FBI è nascosta all'interno di containers e aspetta l'ordine di Brian per procedere all'arresto perché nei database federali non esiste una foto di Braga. Brian dice a Dom che dopo l'arresto, egli potrà andarsene da uomo libero, ma Dom pur non credendo alle parole di Brian, resta per finire il lavoro. Una volta giunti i criminali, l'agente Stasiak non aspetta l'ordine di Brian che, nel frattempo, capisce che Braga non è l'uomo che gli è stato presentato davanti ma è lo stesso Campos che fugge durante l'azione dei federali.

Incolpato dai suoi superiori per il fallimento, Brian viene sospeso e raggiunge Dom in casa sua. Sanno che Braga ha raggiunto il Messico e si dirigono lì. Lo trovano all'interno di una chiesa, intento a pregare. Una volta bloccato, Dom lo lascia a Brian poiché il suo obiettivo è Fenix. Arrivati ai tunnel, Brian e Dom si ritrovano addosso tutti gli scagnozzi di Braga, compreso Fenix. In maniera fortunosa, Brian riesce ad attraversare interamente il tunnel ma è speronato da Fenix che, una volta messo al sicuro il suo capo, gli tiene addosso una pistola intenzionato ad ucciderlo. In quel momento esce dal tunnel anche Dom che punta dritta verso Fenix a tutta velocità. Il criminale prova a scansarsi ma Brian lo tiene per una gamba permettendo a Dom di schiantarsi addosso a lui uccidendolo. Con Braga fuori dai giochi e Letty vendicata, Dom decide di non scappare più e di affrontare la giustizia a viso aperto.

Durante il processo, nonostante la richiesta di clemenza da parte di Brian, il giudice opta per la reclusione a 25 anni di Dom che, a sguardo basso, sembra aver accettato la sentenza. Brian, in disaccordo con la corte, fa ciò che ritiene più giusto: liberare Dom.

CURISITA'

Il regista Justin Lin aveva intenzione di collegare questo film con tutti i precedenti, nonostante Vin Diesel avesse chiesto espressamente al regista di rendere il film un sequel diretto del primo capitolo, relegando gli altri due titoli a delle appendici: infatti nel film doveva apparire anche il personaggio di Roman Pearce (interpretato dall'attore Tyrese Gibson). Per una serie di problemi, tra cui la realizzazione di Transformers - La vendetta del caduto, l'attore non ha potuto avere il suo piccolo ruolo; tuttavia sono diversi i riferimenti riconducibili alla pellicola del 2003, come ad esempio quando Brian sceglie la prima Skyline dicendo che ne aveva già distrutta una.

Data la difficoltà di reperire diverse Dodge Charger per le varie scene, ne sono state costruite diverse copie in fibra di vetro, per un totale di sette carrozzerie identiche.

Per riprendere le scene sull'asfalto venne utilizzata come camera-car una Porsche Cayenne. Per le riprese su terra un M1 Off-Road Buggy.

Nel cast del film sono stati inseriti anche i cantanti Don Omar e Tego Calderón che, oltre a interpretare i compagni di Toretto, sono anche gli autori di due brani della colonna sonora: Virtual Diva e Bandoleros.