À la veille de la Première Guerre mondiale, trois espions allemands infiltrés en France, sabotent le travail d'une usine d'explosifs à Bar-le-Duc, tout en tentant de dérober la formule secrète d'un nouvel explosif. La meneuse, Emma Luckner, surnommée l'espionne de Guillaume, a un accès direct avec le Kaiser. Elle est assistée par le colonel von Reitzer, déguisé en Gerfaut, un contremaître à la fabrique d'explosifs et du capitaine Ulrich von Herfeld, déguisé en Marois, l'un des plus riches propriétaires de Bar-le-Duc. L'ingénieur Vallier, sous-directeur de l'usine, et Yvonne, la fille du directeur de l'usine, M. Richard, sont amoureux mais M. Richard a promis sa main à Marois. Pendant ce temps, à Paris, le détective Chantecoq est chargé de découvrir qui sabote le bon fonctionnement de l'usine. Le détective commence ses investigations à Bar-le-Duc, déguisé en paysan. Le soir même, Gerfaut, après avoir fait sauter l'usine, envoie un mot anonyme à Richard lui demandant de le retrouver dans une chapelle en ruines. Là, il lui propose de l'argent pour la formule. Richard, outré, l'attaque mais est abattu par des complices de l'espion allemand. Plus tard, Chantecoq trouve le corps de Richard caché près de la chapelle en ruines. Après ce meurtre, Gerfaut se rend dans la capitale, déguisé en Richard pour rencontrer l'inventeur Aubry afin d'obtenir la formule explosive. Plutôt que de la lui donner, Aubry lui propose de l'accompagner à Bar-le-Duc et de commencer ensemble la fabrication. Avant que le voyage en train n'ait lieu, Aubry est prévenu par Chantecoq que Richard est mort et qu'il a rencontré un imposteur. Ils conviennent que Chantecoq se déguisera en Aubry et voyagera avec le faux Richard pour tenter de le confondre. De son côté, Emma déguisée en veuve, prend place dans le même compartiment que les deux hommes et les deux espions finissent par maitriser le français. Découvrant la réelle identité de Chantecoq, ils l'expédient en Allemagne dans une malle.