Sono passati alcuni mesi da quando Gibbs ha lasciato Ziva in Israele e nessuno all'NCIS l'ha più sentita. Preoccupati che possa esserle successo qualcosa, Tony, McGee e Abby ricostruiscono i suoi ultimi spostamenti e scoprono che era in missione per rintracciare il terrorista Saleem Ulman in Nord Africa. Tony e McGee si recano in Africa per ritrovare Ziva ma vengono subito fatti prigionieri da Saleem. Il terrorista somministra il siero della verità a Tony e lo interroga sul modo di lavorare della sua agenzia, su come siano riusciti a trovare la sua base e perché siano andati fino a lì. Incapace di tacere a causa del siero, Tony ricapitola gli ultimi mesi di attività e rivela che all'NCIS tutti credono che Ziva sia morta, lasciandosi sfuggire più volte quanto per lui sia importante Ziva. Tony afferma di essere partito per l'Africa per cercare vendetta nei confronti degli assassini dell'ex collega. Saleem fa portare Ziva davanti a Tony, lasciando lui e McGee (che a terra si finge svenuto) sbigottiti. Quando Ziva chiede a Tony perché proprio lui sia venuto a cercarla, le risponde di non poter vivere senza di lei. Quando Saleem minaccia di uccidere Ziva se Tony non gli rivela chi altro dei suoi colleghi è in Africa, Tony dice a Saleem che gli rimangono trenta secondi di vita e ricorda al terrorista che il suo superiore è un cecchino. Gibbs a quel punto uccide Saleem con un colpo di fucile da due colline di distanza: i tre riescono a fuggire, anche grazie all'arrivo di Gibbs. La squadra torna subito a Washington, dove appena entra in ufficio viene applaudita da tutti i colleghi, compreso il direttore Vance.