Un gruppo di medici senza frontiere di istanza in Sudan viene attaccato. Vengono rinvenuti tre cadaveri e due medici risultano scomparsi. Il team inizia subito le indagini e Tony scopre che la moglie di uno dei medici rimasti coinvolti nell'attacco è Jeanne Benoit, sua ex fidanzata e figlia del trafficante d'armi noto come La Grenouille, sedotta da lui su ordine del precedente direttore dell'NCIS Jennifer Shepard. L'incontro è molto sconvolgente per Tony in quanto, durante la sua missione, si era fortemente innamorato della ragazza. Le indagini proseguono e McGee, DiNozzo e Jeanne stessa si recano in Sudan per salvare i medici scomparsi fra i quali si trova il marito di quest'ultima. Gibbs non segue la squadra in quanto viene colto da un malore improvviso che lo porta ad avere un confronto con il dottor Taft, l'uomo che gli ha salvato la vita dopo l'attentato. Gli agenti arrivati in Sudan seguono le tracce dei medici scomparsi, riuscendo infine a salvarli e a eliminare coloro che li avevano rapiti. Durante il viaggio di ritorno Tony e Jeanne si chiariscono definitivamente, chiudendo una ferita rimasta aperta per quasi dieci anni nel cuore di entrambi.