1938年、ナチス党の希望の星だったエルザ・シュナイダー博士は、ヒトラーのために聖杯を手に入れるという任務を支援した。アメリカ人実業家ウォルター・ドノヴァンの協力を得た彼女は、何も知らない聖杯研究家ヘンリー・ジョーンズ・シニア博士の助手に志願し、さらに彼の愛人になったのだった。しかし、ヘンリーはヴェニスで彼女の真の目的に気づくことになる。エルザは彼を尋問するため、ドイツ・オーストリア国境のブルンワルド城へと連れて行った。その後、シュナイダーとドノヴァンは、ジョーンズの息子であり考古学者として名高いインディアナにも同じ策略を使ったのである。
インディはシュナイダーと協力してヴェニスの地下で騎士の墓を発見し、その後、父がブルンワルド城に幽閉されていることを知る。シュナイダーはヘンリーのときと同様にインディを誘惑し、彼の恋人として信頼を手にした。しかし城に到着すると、インディの救出作戦はシュナイダーによって阻まれた。彼女は第三帝国に忠誠を誓っていることを告白したのである。その後、彼女はインディとヘンリーを縛り付けるが、ヘンリーの聖杯日誌から破り取られたページを持つマーカス・ブロディが拘束できなかった場合に備え、彼らを生かしておく必要があるとドノヴァンに告げた。そして数分後、シュナイダーはインディに嘲るようなキスをし、ヘンリーを苛立たせる。ジョーンズ親子は最終的に脱出しようとするが、聖杯の探求に不可欠なヘンリーの日誌は奪われたままだった。インディはナチスの兵士に変装し、ベルリンでエルザと対峙する。彼は日誌を奪い返すが、ドイツ軍は既に聖杯の寺院の位置を突き止めていたのだった。
シュナイダーとドノヴァンはナチスの部隊を引き連れてハタイ共和国の領内にある聖杯の寺院へと向い、ジョーンズ親子との最後の戦いを迎えることになる。ヘンリーはドノヴァンに銃で撃たれ、インディは聖杯の小部屋へと続く3つの試練を通過することを強いられた。エルザとドノヴァンはインディの後をつけ、聖杯の騎士の生き残りと遭遇する。騎士は2人に対し、無数の偽物の中に紛れた本物の聖杯を選ぶよう告げるのだった。エルザは故意に偽物の聖杯をドノヴァンに手渡し、彼の肉体は一瞬にして崩壊してしまう。続いてインディは本物の聖杯を選び、ヘンリーの受けた傷を癒すことに成功した。しかし、エルザは聖杯の騎士とインディの警告を無視して聖杯を拾い上げ、寺院から持ち出そうとする。彼女が境界から足を踏み出すと、寺院が激しく揺れ始めた。足を踏み外したエルザは地面に倒れ、聖杯を手から離してしまう。彼女は聖杯へと手を伸ばすが、地割れした床へと滑り落ち、亀裂へと引き込まれていった。インディは間一髪で滑り込み、彼女の手袋を掴むことに成功する。エルザはインディの手を必死に握り締めるが、インディが彼女を引き上げようとしたとき、彼女は自分のすぐ下に聖杯があることに気づいた。エルザは聖杯まであと数センチのところまで手を伸ばすが、インディは聖杯を諦めて両手を差し出すよう告げる。しかし、彼女はインディの要求を無視し、聖杯への欲望に駆られたのだった。その間、インディが握り締めていた彼女の手袋は徐々に抜け始めていた。それでもエルザはもう片方の手を聖杯に伸ばし続け、ついに聖杯に触れた瞬間、掴まれていた手の手袋が抜けてしまう。エルザは奈落の底へと転落して命を失い、インディにはもはや彼女を助けることはできなかったのである。