Die Studenten Matt Johnson und Owen Williams werden 1965 von der CIA rekrutiert. Während die CIA einen für den KGB spionierenden Maulwurf bei der NASA vermutet, behauptet NASA-Direktor James Webb (Joe Thomas), dass es kein Informationsleck gebe und verweigert eine Untersuchung. Die Geheim­dienst­agenten Matt Johnson und Owen Williams geben sich deshalb als Dokumentar­filmer aus, um bei der NASA unbemerkt Abhörmikrofone installieren zu können.

Auf diese Weise belauschen sie nach einiger Zeit ein Gespräch, das James Webb mit einem ihnen Unbekannten führt und erfahren, dass die von US-Präsident John F. Kennedy am 25. Mai 1961 für die laufende Dekade angekündigte Mondlandung jedenfalls in den Sechzigerjahren für die NASA undurchführbar ist. Es ist zu befürchten, dass die UdSSR den USA erneut bei einem Raumfahrt-Projekt zuvorkommt. Die für 1969 geplante Mission Apollo 11 könnte zwar auf dem Mond landen, aber in diesem Fall nicht mehr von dort zurückkehren. Das Raumschiff Columbia wird also den Erdtrabanten lediglich umrunden können.

Matt und Owen sind geschockt. Das Geheimnis darf weder an die Öffentlichkeit gelangen noch den Russen enthüllt werden.

Mit gefälschten Dokumenten täuscht Matt seinem Freund und Kollegen Owen vor, sie hätten den Auftrag bekommen, die Mondlandung vorzutäuschen. Sein von dem Filmklassiker „Die Reise zum Mond“ (1902) inspirierter Plan sieht vor, in einem eigens für diesen Zweck eingerichteten Studio unter strenger Geheimhaltung einen Film zu drehen, der dann von den Astronauten der Apollo-11-Mission zur Erde gesendet werden soll. Wenn der Kommandant Neil Armstrong das gefälschte Material in die Computer einspeist, während die Columbia die Rückseite des Mondes passiert und keinen Funkkontakt zur Erde hat, werden nicht einmal die Leute im Kontrollzentrum in Houston den Fake bemerken.

Um sich das Know-how für die erforderlichen Special Effects zu verschaffen, fliegen Matt und Owen nach London. Sie wissen, dass Stanley Kubrick Ende 1965 angefangen hat, in englischen Studios den Film „2001. Odyssee im Weltraum“ zu drehen. Um auf den Set vorgelassen zu werden, geben sie sich als Journalisten aus. Das Film- und Fotografierverbot unterlaufen sie mit einer Kamera, die in einer Aktentasche mit Loch vor dem Objektiv versteckt ist. Sie erfahren, was Frontprojektion bedeutet: Dabei wird die zuvor aufgenommene Landschaft über einen halbtransparenten Spiegel auf eine stark reflektierende Leinwand projiziert, vor der die Schauspieler agieren.

Zurück in den USA, richten sie für ihre „Operation Avalanche“ ein Studio ein und wenden das Gelernte an.

Während Matt Regie führt und Owen in einen Raumanzug schlüpft, um Neil Armstrong zu verkörpern, erfahren sie vom Plan B der CIA: Notfalls würde man die Columbia-Raumfähre im Flug zerstören und dafür sorgen, dass zumindest in der westlichen Öffentlichkeit von einem sowjetischen Anschlag ausgegangen wird.

Immer wieder fühlen sich Matt und Owen beobachtet, und als ein NASA-Wissenschaftler tot aufgefunden wird, befürchten sie, dass die Regierung nicht vor Morden zurückschreckt, um das Geheimnis um die Nicht-Einlösbarkeit von Kennedys Versprechen zu bewahren. Vor allem Owen fühlt sich und seine schwangere Ehefrau Julie (Krista Madison) bedroht. Matt wird während einer Autofahrt von zwei Männern in einem anderen Wagen verfolgt, bedrängt und beschossen. Er entkommt. Owen meldet sich nicht am Telefon. Matt fährt hin und findet ihn in der Garage: tot, erhängt.

Am 21. Juli 1969 drängen sich Passanten vor dem Schaufenster eines Ladens. Matt geht näher. Auf den ausgestellten Fernsehgeräten läuft der Film von der Mondlandung. Der Mann im Raumanzug, den alle für Neil Armstrong halten, betritt scheinbar die Mondoberfläche und sagt: „That’s one small step for a man, one giant leap for mankind.“