op 1 November 2004 wordt Hank Deerfield – een grindtrucker en gepensioneerde militaire politie sergeant die in Tennessee woont met zijn vrouw Joan – geïnformeerd dat zijn zoon Mike, een soldaat die onlangs uit Irak is teruggekeerd, vermist is. Hank rijdt naar Mike ‘ s basis in New Mexico om hem te zoeken; het huis verlaten, helpt hij een schoolbewaarder de Amerikaanse vlag correct te hijsen. In Fort Rudd ontmoet Hank het team van zijn zoon, en neemt in het geheim Mike ‘ s mobiele telefoon van zijn bezittingen. Terwijl hij video ’s van de telefoon bekijkt, probeert hij Mike’ s verdwijning te melden aan rechercheur Emily Sanders, en neemt contact op met een vriend van het leger CID, zonder succes.
Mike ‘ s verbrande en in stukken gesneden lichaam wordt ontdekt. Fort Rudd claimt jurisdictie, in de veronderstelling dat een pijp gevonden onder Mike ‘ s matras en de recente arrestatie van andere soldaten voor het smokkelen van heroïne aangeven dat zijn moord drugsgerelateerd was. Hank overtuigt Sanders om hem de plaats delict te laten zien, en realiseert zich dat een groene auto op de plaats delict eigenlijk blauw was. Sanders wordt gekleineerd door haar mannelijke collega ’s en overtuigt de lokale sheriff om het onderzoek voort te zetten, en Mike’ s teamgenoot SPC Gordon Bonner neemt contact op met Hank.Na het bekijken van het stoffelijk overschot van haar zoon, keert Joan terug naar huis en ontvangt een pakketje dat Mike naar zichzelf heeft gestuurd, dat Hank haar aanspoort om niet te openen. Mike ‘ s creditcardgeschiedenis leidt Sanders en Hank naar een restaurant, waar Hank ontdekt dat Mike vlak voor zijn dood met ten minste twee andere mensen heeft gegeten. Sanders krijgt beëdigde verklaringen van Mike ‘ s team door onderzoekers van het leger, waardoor ze hen niet zelf kan interviewen. Ze nodigt Hank uit voor een etentje, en hij vertelt haar jonge zoon het verhaal van de Bijbelse David ‘ s strijd met Goliath in de Vallei van Elah.Eve, een topless barman Hank eerder ondervraagd, herkent Mike ‘ s squadmate CPL Steve Penning van een foto, waardoor Hank ontdekt dat Mike en Penning uit een stripclub werden geschopt op de avond dat Mike werd vermoord. Sanders interviewt Penning, Bonner, en SPC Ennis Long, die toegeven te liegen in hun verklaringen: nadat Mike kreeg de vier van hen geschopt uit de club, hij en Bonner vochten op de parkeerplaats; Mike betaalde vervolgens voor hun eten in het restaurant, en ze bezochten een prostituee voordat ze Mike verlieten, die op zoek was naar drugs. Hank weigert te geloven dat Mike ‘ s medesoldaten betrokken kunnen zijn bij zijn dood.Hank en de politie stellen vast dat een ander lid van Mike ‘ s Team, PVT Robert Ortiz, afwezig is, met een geschiedenis van drugssmokkel en een blauwe auto. Na de politie als ze Ortiz ‘ s adres binnenvallen, onderwerpt Hank de vluchtende Ortiz en slaat hem totdat detectives ingrijpen. Ortiz wordt gearresteerd, maar Bonner wordt opgehangen gevonden met het horloge van Mike ‘ s grootvader in zijn zak. Sanders concludeert dat Bonner, die ook een blauwe auto bezat, Mike heeft vermoord. Ze leert dat Angie, de vrouw van een soldaat die haar om hulp kwam vragen, is vermoord door haar man.Hank laat het stoffelijk overschot van zijn zoon naar huis sturen, en Penning helpt zijn truck te starten en herinneringen op te halen over Mike. Sanders matcht Penning ’s handschrift met de handtekening op Mike’ s laatste creditcardafschrift, en realiseert zich dat Penning, Bonner en Long Mike hebben vermoord, en gebruikte zijn creditcard in het restaurant. Penning is al naar voren gekomen en kreeg een pleidooi deal, maar op aandringen van Sanders, zij en Hank horen zijn bekentenis in persoon: hij geeft toe Mike neer te steken na een schijnbaar onbeduidende ruzie. Hank vraagt hem naar een video van Mike die een gevangen opstandeling martelt, en de emotioneel afstandelijke Penning legt uit:”We doen allemaal domme dingen”. Hij stelt ook dat iedereen zou kunnen zijn gestorven in die ruzie of een soortgelijke, en dat Mike “was de slimme die hij kon zien”, daarmee implicerend Mike kan de agressie op zichzelf hebben gebracht uit nihilistische moedeloosheid en het besef van het onvermogen van de groep om zich aan te passen aan het burgerleven.Hank neemt Mike ‘ s bezittingen op en verontschuldigt zich bij Ortiz, die eervol ontslagen is. Achtervolgd door zijn laatste gesprek met zijn zoon, nadat Mike Reed over een Irakees kind spelen in de weg, Hank bedankt Sanders en keert terug naar huis. Hij vindt Joan geopend Mike ‘ s pakket, die een foto van zijn team en een gevouwen vlag bevat. Hank keert terug naar de vlaggenmast van de lokale school en zwaait de vlag van zijn zoon ondersteboven.