孟菲斯美女号讲述了1943年第二次世界大战期间，10名飞行员驾驶B-17轰炸机飞越德军上空、执行轰炸任务的故事。刚刚完成第24次飞行任务的他们，只要再完成一次任务便能平安返家。久别的家人、战后的生活，以及各自心中的憧憬，都支撑着他们熬过等待。然而，在即将出发的时刻，无法向人倾诉的紧张与恐惧始终如影随形，他们只能默默祈求神灵保佑，把护身挂牌、幸运皮筋等物件视作精神寄托。
出发命令终于下达，满载弹药的轰炸机编队穿越云层，朝既定目标飞去。主机孟菲斯美女号是戴尼斯为纪念在孟菲斯结识的女友而命名。恶劣天气和厚重云层遮挡了视线，目标始终难以确认。为了避免误伤无辜民众以及医院、学校等公共设施，戴尼斯冒险驾机折返，最终确认了目标。飞机在遭受重创后，载着遍体鳞伤却完成使命的飞行员们，终于胜利返航。
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