En 1942, le réseau français de Tanger est dirigé par Segard, lui-même sous les ordres du mystérieux « Connétable », que personne ne connaît. Après l'assassinat de Mercadier, un nouvel agent chargé de faire passer à Londres un document sur le prochain débarquement en Afrique du Nord, Henri Pelletier est chargé de la mission avec Beaudoit. Il essaye de convaincre son ami Georges Masse, un journaliste coureur, noceur, et amant de Lily, la chanteuse du Morocco, de rejoindre le réseau, mais celui-ci refuse avec cynisme. Barbara, la patronne du Morocco, vient catastrophée l'avertir que Pelletier a été à son tour abattu, alors que Beaudoit était penché pour renouer son lacet. Georges, introduit auprès de Segard par Barbara, accepte de remplir la mission de son ami. Comprenant le double jeu de Beaudoit, il le fait passer devant lui et c'est Beaudoit qui est abattu.
Von Kloster, le chef des réseaux allemands, fait enlever Barbara et propose à Georges une forte somme et un avenir tranquille à Rio de Janeiro pour qu'il lui remette le code sans lequel le document trouvé sur Mercadier est incompréhensible. Le journaliste accepte pour donner le change et vole le code dans le coffre de Segard. Il fait avouer à Lily qu'elle a été la maîtresse de Von Kloster et qu'elle sait où est séquestrée Barbara. Avec elle et le photographe P´tit Louis, ils vont la libérer et Georges demande à Lily d'où Von Kloster doit quitter Tanger avec le code, mais lorsque celle-ci fait dire à Von Kloster le lieu de départ sous prétexte de partir avec lui, celui-ci apprend que Barbara a été libérée avec l'aide de Lily et la fait abattre dans une forêt voisine. Lily a le temps d'indiquer à Georges le lieu d'embarquement et les membres du réseau tendent une embuscade aux Allemands, parvenant à récupérer le code.
Mission à Tanger marque les débuts de Michel Audiard, alors jeune journaliste de vingt-neuf ans, comme scénariste et dialoguiste. À noter que Louis de Funès, quasiment inconnu à l'époque, y tient un rôle secondaire.
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