Un Agente Federale viene ucciso in una sparatoria avuta luogo nel centro di Los Angeles. Attraverso i video delle telecamere di sorveglianza stradale, la squadra scopre che la vittima si incontrava con una donna il cui marito, un chirurgo plastico, è stato trovato cadavere. La donna, Jillian Leigh, si è data alla macchia e Callen e la squadra devono ritrovarla. Nel corso delle indagini, i nostri scoprono che il marito di Jillian stava eseguendo interventi di ricostruzione facciale su volti noti di Al Qaeda. Grazie a un'operazione sotto copertura Kensi e Deeks riescono quasi a catturare la fuggitiva, ma la donna riesce ancora a scappare. Quando la squadra finalmente la trova, Jillian sostiene di non sapere nulla del coinvolgimento del marito con i terroristi. Innocente o meno, il problema è che la donna li ha visti e può identificarli. Fatto che mette la sua vita in serio pericolo...