Во время довоенных операций с авианосца у Гавайев эскадрилья пикирующих бомбардировщиков VB-3 (с эмблемой "Высокой шляпы" 14-й бомбардировочной эскадрильи) прибывает на подлете к Гонолулу с крылом; один из ее пилотов теряет сознание во время скоростного пикирования и терпит крушение. В базовом госпитале в Гонолулу лейтенант-коммандер Джо Блейк (Фред Макмюррей) обеспокоен тем, что лейтенант "Швед" Ларсон (Луи Жан Хейдт) не выживет. Врач ВМС США, лейтенант Дуг Ли (Эррол Флинн), убеждает старшего хирурга, коммандера Мартина (Морони Олсен), оперировать, но пилот умирает на операционном столе.
После того, как Блейк обвиняет Ли в поспешности операции, доктор решает стать военно-морским летным хирургом и заканчивает обучение на Военно-морской авиабазе США в Сан-Диего рядом инструкторов, включая его заклятого врага Блейка. Подзаголовок, повествующий о романтических приключениях Блейка, Ли и группы механиков, представляет разведенную Линду Фишер (Алексис Смит) в качестве любовного интереса для двух соперников, Блейка и Ли.
По завершении летной подготовки Ли назначается помощником старшего летного хирурга, командира Лэнса Роджерса (Ральф Беллами), который работает над поиском решения проблемы высотной болезни, которая поражает пилотов пикирующих бомбардировщиков. Ли летит с Блейком в качестве пилота на самолете, оборудованном камерой, и наблюдает, как Блейк теряет сознание. Он экспериментирует с пневматическим ремнем, который удерживает кровь над сердцем, и успешно проводит летные испытания сам, хотя и не подчиняется правилам при самостоятельном полете.
Несмотря на то, что он получил квалификацию морского летчика, Ли все еще не доверяют, считают "игроком на трибуне" и "стервятником", всегда находящимся рядом, когда кто-то терпит крушение. Его суждение о способности пилотов летать вызывает еще большее негодование, когда он обвиняет пилота, лейтенанта Тима Гриффина (Реджис Туми), который страдает от хронической усталости. В гневе Гриффин увольняется из Военно-морского флота и поступает на службу в Королевские военно-воздушные силы Канады, но посещает свою старую эскадрилью, когда перевозит новый истребитель с завода в Лос-Анджелесе. На обратном рейсе Гриффин страдает от усталости и умирает, пытаясь приземлиться на аварийном поле, совершенно неправильно оценив свой подход.
Блейк, наконец, соглашается с тем, что летный хирург пытается помочь пилотам пережить опасные полеты на большой высоте, и добровольно выступает в качестве пилота "подопытного кролика" для воздушных экспериментов. Первое летное испытание герметичной кабины почти заканчивается катастрофой, когда самолет замерзает, и Блейк теряет сознание, вынуждая Ли взять управление на себя.
После наземных испытаний нового изобретения, совместно разработанного Ли и Блейком, скафандра высокого давления, Блейку сообщают, что он не прошел свое последнее летное обследование и будет заземлен. Взлетев без разрешения, Блейк все равно проводит воздушные испытания нового скафандра, но когда кислородный регулятор выходит из строя, он теряет сознание и смертельно падает. Однако его записи извлечены из-под обломков, и может начаться массовое производство костюма. В заключительной сцене признается самопожертвование Блейка, в то время как Роджерс и Ли удостоены чести за их новаторскую работу по защите пилотов, летающих на большой высоте.
Продолжающийся мотив, связанный с золотыми портсигарами Национальных воздушных гонок, которые несут каждый из трех командиров эскадрилий "Высоких шляп", продолжается в финальной последовательности. Блейк-последний из троих, кто погиб на службе, и Ли бросает свой портсигар с одного из самолетов эскадрильи над Тихим океаном в качестве последней дани уважения.
