در آینده‌ای نزدیک، سازمان مخفی «کبرا» به فناوری‌هایی دست پیدا کرده که می‌تواند تعادل نظامی جهان را تغییر دهد. جیمز مک‌کالن، سازنده سلاح، کلاهک‌هایی مبتنی بر نانوفناوری تولید می‌کند و انتقال آن‌ها به مأموریتی حساس برای نیروهای ویژه تبدیل می‌شود. وقتی کاروان مورد حمله قرار می‌گیرد، دوک و ریپ‌کورد با واحد بین‌المللی «جی.آی. جو» آشنا می‌شوند و به پایگاهی می‌روند که اعضایی مانند اسکارلت، اسنیک آیز و هوی‌دوتی در آن فعالیت می‌کنند. تهدید فقط دزدیدن یک سلاح نیست؛ کبرا قصد دارد با استفاده از کلاهک‌ها شهرهای بزرگ را هدف قرار دهد و وحشتی جهانی ایجاد کند. دوک نیز با گذشته‌ای شخصی روبه‌رو می‌شود، زیرا آنا، نامزد سابقش، اکنون در قالب بارونس در طرف دشمن قرار دارد. «G.I. Joe: The Rise of Cobra» عملیات نظامی را با ابزارهای علمی‌تخیلی، لباس‌های تقویت‌کننده و پایگاه‌های مخفی ترکیب می‌کند. داستان گروهی از سربازان با تخصص‌های متفاوت را دنبال می‌کند که باید پیش از استفاده عملی از فناوری نانو، شبکه کبرا و هدف واقعی رهبرانش را کشف کنند.