1876 год. Битые сербы спасаются бегством от турецкой пехоты, которая преследует их. Эраст Петрович Фандорин, будучи русским добровольцем, обнаруживает в зарослях семью беженцев, которая прячется там от непогоды. Он принимает решение помочь им и уводит их за собой. Во время взрыва, вызванного динамитной шашкой, Фандорин теряет сознание оказывается в плену.
Проходит 8 месяцев. Вместе с местными жителями военнопленные занимаются восстановлением моста под присмотром турецких солдат. Офицер Лествицкий, который прикован к Фандорину цепью, не может вынести тягот плена и бросается к проезжающей мимо карете. В то же время пассажир экипажа хладнокровно стреляет в Лествицкого. Тяжелое тело Лествицкого тянет Фандорина в пропасть. Кучер кареты освобождает Фандорина от оков. В то же время, болгарские крестьяне отвлекают внимание турок, и Фандорин оказывается под днищем кареты. Потом карета прибывает в город Видин, где местный губернатор Юсуф-паша знакомится с гостем из Стамбула — Анваром-эфенди. Тот прибывает с важной миссией из Стамбула. Губернаторский фотограф делает снимок посетителя, но тот требует немедленно удалить снимок. Фандорин, проникнув в губернаторский дом, обнаруживает лишь перчатки и очки неизвестного человека. Далее приезжает полковник Измаил-бей, личный адъютант маршала Османа-паши, командующего корпусом, которому поручено взять небольшой город Плевну, расположенный на пути русских войск и являющийся важным объектом для коммуникации войск. Взятие Плевны турками может привести к тому, что наступление русских будет сорвано. Победитель шахматной партии с губернатором Анвар-эфенди объясняет свою победу применением гамбита, как способа выиграть инициативу у русских.
В пути к своим, Фандорин встречает в болгарской харчевне девушку, переодетую в платье из столицы, которая направляется к своему возлюбленному, шифровальщику штаба, Петру Яблокову, который по ее мнению, не сможет без нее обойтись. Сначала девушка пытается добраться до фронта в костюме сестры милосердия, но её едва не раскрывают, и сбежав с поезда, не без помощи симпатизирующего ей лейтенанта, и, по совместительству, инженера-изобретателя, Дмитрия Гриднева, Суворова продолжает свой путь пешком. Однако теперь сидит в харчевне, потому что её проводник сбежал, прихватив её вещи и деньги. Эраст в азартной игре выигрывает осла у одного из посетителей харчевни, при этом забирает с собой и Варвару Суворову.
При движении через территорию Башибузуков, герои попадают в руки к разбойникам, но их спасает казачий отряд под командованием генерал-майора Михаила Соболева, который вовремя останавливает бандитов. Однако Эраст подозревает неладное, так как оружие, которое он взял у одного из башибузуки, не было заряжено. Кроме того, уезжая, преступники бросили пленного офицера Еремея Перепёлкина. Постоянно упрашивая генерала оставить его при себе, Перепелкин добивается своего. Фандорин просит Соболева немедленно выступить в Плевну, так как там находится корпус Османа-паши. Фандорин не вызывает доверия у генерала, поэтому он отправляет его в отдельное помещение для допроса. Не смотря на это, генерал решает отправить в Плевну казачью полусотню.
В русском лагере появляется новый начальник, который связан с жандармерией. Это генерал Лаврентий Аркадьевич Мизинов. Он освобождает Фандорина, которого вместе с Варей допрашивает подполковник Казанзаки, и отдает приказ генералу Криденеру немедленно занять Плевну. Мизинов принимает решение отправить Суворову на карантин до окончания военных действий, но Фандорин просит о том, чтобы оставить девушку при себе. Суворова в этот вечер, после встречи с женихом и получения от него элегантного платья, становится объектом внимания на вечеринке в пресс-клубе, где за ней одновременно ухаживают генерал Соболев, французский журналист Шарль д’Эвре и полковник румынской армии Лукан, который являлся представителем принца Гогенцоллерна в штабе русской армии. Журналист из Великобритании Шеймус Маклафлин прерывает вечеринку сообщением: Криденер овладел крепостью Никополь. Из-за того, что в шифровке Яблокова слово Плевна было заменено на Никополь, жандармы тут же арестовывают его. В то же время, отряд Измаил-бея уничтожает казачью полусотню. В Плевну входят передовые части корпуса Османа-паши.
Фандорин вместе с Варварой начинают расследование. Лунц выманивает Яблокова из палатки, воспользовавшись запиской о прибытии Вари. По следу Лунца идет Фандорин. Лунц оказывается гомосексуалистом и устраивает свидание в пещере с другим солдатом. Анвар, испугавшись, что Лунц сможет назвать имя того, кто передал ему послание, сначала стреляет ему в горло, а затем бросает динамитную шашку, вызывая взрыв. Мизинов заявляет Фандорину, что «Смерть с косой» не является лучшей альтернативой умершей невесты.
Варя и Шарль тайно посещают Плевну, где знакомятся с полковником Измаил-беем. Он сообщает, что на данный момент в городе находится лишь небольшой отряд ополченцев, а Осман-паша прибудет только вечером. Однако солдаты корпуса спрятаны в укрытиях, расположенных во дворах. В ответ на вопрос Шарля о том, кто эти люди, Измаил-бей говорит, что это телохранители Анвара. Варя пускается в погоню за предполагаемым Анваром и ранит его, но у нее не получается его добить. Солдаты Измаил-бея, используя уловки, подбирают лже-Анвара и оставляют его позади казаков Соболева.
В скором времени прибывает ротмистр Зуров, который знаком с Фандориным еще со времен службы в армии. Он сразу же начинает играть в карты, обыгрывая полковника Лукана.
Русскими предпринимается второй штурм Плевны. Во время движения в обход, 19-й пехотный полк из Костромы получает удар от османской артиллерии. Эраст Фандорин подозревает в предательстве румынского полковника Лукана, который в ходе личной беседы с Варей высказывает предположение о скором поражении России. К тому же, незадолго до этого Лукан проигрывает Зурову в карты и затем начинает заниматься разбрасыванием денег. Для того чтобы развеяться, герои направляются в Бухарест. Жандармы Мизинова обнаруживают в палатке Лукана документы, которые могут быть компроматом на него. Варя изучает документы Лукана. Вероятно, полковник считает, что она намеренно покинула зал, и поэтому пытается овладеть ею, но неудачно. Шарль д’Эвре, журналист и ротмистр Зуров решают вызвать друг друга на дуэль. Лукан неожиданно вызывает на дуэль самого плохого из всех стрелков — капитана Перепёлкина, который является самым трусливым из всей их компании. В результате поединка Лукан получает пулю прямо в лоб от трясущегося от страха капитана.
Соединившись, русские войска предпринимают третий по счету штурм Плевны. Сообщение от Зурова: Соболеву удалось ворваться в город. Анвар настигает Казанзаки и Зурова, после чего стреляет в обоих. Тем временем Соболев выбит Османом из Плевны. Император Александр II сообщает Соболеву, что гонец генерала исчез. В ходе поисковых работ найдены тела Зурова и Казанзаки. Варя, проходя мимо кустов, случайно находит именную флягу. Фандорин вместе с ней направлялся на место гибели, но пули неизвестного снайпера, попавшие в их повозку, разрушают её.
Приехавшая в госпиталь Варя знакомится с Маклафлином. Она узнает от него, что к генералу Конецкому направятся парламентеры от Османа-паши с просьбой о сдаче. На взгляд Фандорина, это является подозрительным. Ведь группа Конецкого занимает позицию на самом переднем крае обороны. Он уверен, что турки предпримут попытку прорыва, и отправляет Варю к Соболеву, а сам направляется к Конецкому. Прибывшие депутаты, возглавляемые Измаил-беем, неожиданно нападают на русских. Фандорин не дает возможности Измаил-бею подать сигнал из ракетницы, поэтому Осман не получает сигнал на прорыв. В итоге Осман-паша принимает решение о капитуляции перед Россией. Согласно распоряжению Государя, Фандорин должен отправиться в Лондон для того, чтобы внести раздор между Турцией и Англией. Он должен доказать, что Маклафлин, которого Фандорин считает турецким шпионом, занимался недостойными делами. Русские войска занимают стратегические рубежи ближе к Стамбулу. Группа Соболева прибывает на поезде в город Султан-Капусэ, расположенный недалеко от турецкой столицы и занимает здание банка.
В самый последний момент Фандорин сообщает Соболеву, что тот попал в западню: в случае, если русские солдаты войдут в Стамбул, расположенная в проливе Босфор английская эскадра немедленно откроет огонь, и Англия вступит в войну на стороне Турции. Фандорин говорит о том, что Анвар-эфенди с самого начала находится в штабе русских и утверждает, что губернатор Видины будто бы сохранил тот снимок шпиона. Анвар (он же Перепёлкин) в роли разоблаченного преступника, захватив Варю в заложники, убивает журналиста Эвре, пронзая его стилетом и стреляя ему в горло из револьвера, после чего запирается с ней в бронированном банковском хранилище.
Анвар сообщает о том, что в скором времени в город войдёт полк султанской гвардии и уничтожит Соболева «как мышку». Варя не может предупредить своих сограждан. Отряд Соболева вступает в бой с Султанской гвардией. Анвар убивает двух офицеров из окна банковского хранилища и даже ранит Соболева, но в этот момент Фандорин, вскарабкавшись по карнизу, приземляется на него и виснет на Анваре. В ходе драки, Анвар почти одолевает Фандорина, однако Варя обрушивает на голову противника золотой слиток, убивая при этом шпиона. Русские, находящиеся на улицах города, одерживают победу над противником.
Фандорин после заключения мира покидает освобожденный Стамбул и отправляется в Японию, где его повышают до следующего ранга. Он также прекращает все отношения с Варей. Варя и Петя Яблоков отправляют поездом в Петербург.
