Sidney si trova faccia a faccia con sua madre Irina Derevko che mette subito in chiaro quali sono le sue intenzioni nei confronti della figlia. Sidney continua poi a cercare Vaughn, non sapendo se sia vivo o morto dopo essere stato investito dal muro d'acqua a Taipei. Intanto la vita di Will è irrimediabilmente cambiata dopo aver scoperto la doppia vita di Sidney.

Sidney non riesce a capire se il gesto di sua madre era davvero un gesto buono nei suoi confronti o un tentativo di ucciderla. Nel frattempo Will assiste Francie che ha deciso di aprire un ristorante e deve discutere con un tipo poco affidabile. Sloane viene nominato socio dell'Alleanza dei Dodici.

Sidney deve riuscire a ingannare con l'astuzia Julian Sark per portare a termine una missione. Intanto Jack si trova di fronte a sua moglie per la prima volta dopo circa vent'anni. Will riesce finalmente a incontrare Vaughn, mentre Sloane è tormentato dal fantasma di Emily.

Sidney ha sempre più a che fare con sua madre e per questo motivo Jack si vede costretto a prendere misure drastiche per assicurare la sicurezza della figlia. Nel frattempo Will ha un incontro con una donna misteriosa che vorrebbe riprendesse la sua indagine sull'SD-6.

Sidney scopre un segreto terrificante durante una missione in cui deve rintracciare armi di nuova generazione. Vaughn inizia a sospettare del comportamento di Jack nei confronti di Irina Derevko, mentre Sloane rivela all'amico Jack la verità sulla sorte di Emily.

Sidney comincia a non fidarsi più completamente di suo padre. Successivamente, durante una missione a Taipei, lei e Vaughn vengono esposti ad un virus potenzialmente mortale. Sloane intanto è ancora perseguitato dalla morte di Emily, mentre Vaughn decide di avvalersi dell'aiuto di Will per le ricerche di un caso.

Sidney va alla ricerca disperata dell'antidoto per Vaughn e per riuscire a trovarlo è costretta a stipulare un patto con Sark che potrebbe mettere a repentaglio la vita di Sloane. Nel frattempo Will continua le ricerche commissionategli da Vaughn.

Jack, Sidney e Irina devono mettere da parte le loro divergenze e andare in missione sotto copertura come una famiglia felice per riuscire a rintracciare sei testate nucleari in una nazione nemica. Intanto Sloane annuncia allo staff che Sark lavorerà per l'SD-6; più tardi viene contattato da un misterioso gruppo che sostiene che Emily sia ancora viva.

Mentre si trovano ancora in missione per trovare le testate nucleari, Jack e Sidney scoprono che Irina non è stata leale visto che ha avuto un incontro con Gerard Cuvee. Intanto Sloane è costretto ad avvisare l'Alleanza che sua moglie Emily potrebbe essere ancora viva.

Jack incontra Ariana Kane, capo dell'antispionaggio dell'Alleanza, che è stata inviata per indagare sulla morte di Emily Sloane e per scoprire chi sta ricattando Sloane. Intanto Marshall è alle prese con la sua prima missione al fianco di Sidney ed è molto nervoso.

Dopo aver portato a termine la sua prima missione con Sidney, Marshall si trova in pericolo di vita. Intanto Ariana Kane sospetta che sia Jack il responsabile della scomparsa di Emily; Vaughn inoltre scopre quale è stato il vero ruolo di Jack nell'omicidio dell'agente Haladki, mentre Sidney confida a Francie i suoi sentimenti per un collega.

Mentre l'Alleanza cerca di rintracciare Jack mettendo sotto controllo sua figlia Sidney, Jack si serve dell'aiuto di Irina per riuscire a scoprire chi sta minacciando Sloane. Intanto Sidney e Vaughn rischiano di far saltare la loro copertura quando decidono di organizzare una cena romantica mentre si trovano in missione in Francia.

Sidney e Jack fanno conoscenza del nuovo direttore dell'SD-6, inviato a rimpiazzare Sloane il cui destino e le cui intenzioni sono ignote. Nel frattempo una scintilla romantica sembra essere scoccata tra Will e Francie.

Quando un agente CIA muore, i sospetti ricadono sull'agente Lennox, il suo partner. Sidney trova dei punti di contatto con lui, infatti entrambi hanno perso una persona cara. Vaughn e Jack scoprono però che Lennox stava dando la caccia a una nuova tecnologica che permette di creare duplicati delle persone.

Sidney deve prendere una difficile decisione che riguarda il suo futuro con la CIA; allo stesso tempo Sloane riappare ancor più ossessionato dal voler mettere assieme i pezzi del mosaico che compongono la profezia di Rambaldi. Intanto Dixon rivela a sua moglie la verità sul suo lavoro e il suo matrimonio entra in crisi.

Il potere di un misterioso dispositivo progettato da Rambaldi viene rivelato e Sloane ha qualche segreto che mantiene al riguardo. Intanto Vaughn si rivolge a Dixon per chiedergli di dare il suo apporto per salvare Sidney. Quest'ultima ha inoltre la sensazione che la sua amica Francie le stia nascondendo qualcosa.

Sidney inizia a dubitare della sincerità di Vaughn quando apprende che egli si trova sotto indagine da parte della CIA. Intanto viene escogitato un piano per usare Irina e un manufatto di Rambaldi come esca per catturare Sloane, mentre Sidney dà il benvenuto a Dixon nella CIA.

Sidney deve fare i conti con il tradimento di sua madre e si ripromette che nel caso avesse un'altra possibilità non esiterà a renderla finalmente innocua. Nel frattempo Emily è chiamata a scegliere se stare dalla parte di Sloane oppure se tradirlo.

Sidney si oppone a suo padre nel tentativo di salvare uno scienziato che è stato rapito, mentre Sloane fa il suo ritorno carico di rabbia e in cerca di vendetta, diventando più pericoloso che mai. Inoltre Francie riesce a manipolare Will per poter sfruttare i suoi contatti con la CIA.

Un manufatto di Rambaldi predice un evento imminente che avrà conseguenze apocalittiche, mentre Vaughn e la dottoressa Barnett sono preoccupati che il desiderio di vendetta nei confronti di Sloane di Dixon sia troppo pericoloso.

Sidney inizia a far domande a Will per verificare la sua identità, visto che è stato arrestato per spionaggio e sospettato di essere in realtà un duplicato. Intanto Sark e Irina progettano insieme di rubare il cuore di Rambaldi. Sloane fa una proposta d'affari a Jack.