Chuck (Zachary Levi) inizia a frequentare Lou (Rachel Bilson), proprietaria di una rosticceria, della quale Sarah si scopre molto gelosa. Chuck scopre che l’ex ragazzo di Lou, Stavros Demetrios (Theo Zouboulidis), è un trafficante di armi, e, come al solito, si ritrova coinvolto in una missione impossibile: trovare e disattivare una bomba in arrivo a Los Angeles. Dopo una serie di equivoci Chuck è costretto a lasciare Lou per non compromettere la propria copertura, e comincia a riconsiderare i suoi sentimenti per Sarah, ma contemporaneamente viene aperto l’involucro che si pensava contenesse la bomba e si scopre che in realtà è una specie di camera iperbarica in cui è stato tenuto il suo amico Bryce Larkyn, ex ragazzo di Sarah, che tutti credevano morto...