Le capitaine Cambrai qui enquête sur la mort étrange du colonel Milan, est certain que le colonel Toulouse a utilisé François Perrin pour se débarrasser de Milan, son subalterne hiérarchique. Cambrai intercepte une lettre de François Perrin, qui file le grand amour avec Christine à Rio de Janeiro, dans laquelle il avoue à son ami Maurice Lefebvre la supercherie du colonel Toulouse. Cambrai va alors tout mettre en œuvre pour rassembler des preuves démontrant que « Le Grand Blond » n’est pas un agent secret, mais bien un pauvre malchanceux manipulé… Toulouse, mis en difficulté, doit désormais prouver que ce « Le Grand Blond » est bien un super agent secret et non pas un anonyme de la foule.
Le Capitaine Cambrai veut faire condamner le Colonel Toulouse coupable d'avoir liquidé Milan. Pour cela, il doit démontrer que le Grand Blond n'a jamais été un espion, tandis que Toulouse doit prouver le contraire.
François Perrin arrive à Orly avec aux pieds une chaussure jaune et l'autre noire. Une aubaine pour Perrache, adjoint du colonel Toulouse, chef d'un service secret, que ce jeune violloniste fantasque. Il le choisit, pour jouer à son insu. Ainsi, le rôle d'un redoutable espion international. Toulouse, las de défendre sa place contre son très ambitieux adjoint Milan, a décidé de s'en débarrasser une fois pour toute en le lançant sur une fausse piste.