Bij de receptie van een privédetective, Sam Spade, verschijnt een jonge en mooie vrouw. Ze stelt zich voor als Miss Wonderley en meldt dat ze in San Francisco is aangekomen na haar zus die met haar geliefde was weggelopen. Ze wil haar huis terugbrengen en vanavond ontmoet ze een jonge man die belooft haar dan mee te nemen naar de wegloper. Op het kantoor verschijnt Spade's metgezel Miles Archer zijn bereidheid om Miss Wunderley te vergezellen om een truc van een zekere Floyd Terzby te vermijden.
Spade krijgt al snel donker nieuws: Archer wordt gedood. Even later wordt Terzby ook dood aangetroffen. De politie verdenkt Spade van facturering. Hetzelfde, zoals het een privédetective betaamt, de belangen van de cliënt beschermen, weigert details van de zaak openbaar te maken. Het blijkt echter al snel dat Miss Wonderley Spade heeft misleid tot een zusterverhaal. Haar echte naam is Bridget O’Shaughnessy, en de wolken verzamelen zich eigenlijk boven haar hoofd. Ze vraagt om bescherming, hoewel ze weigert uit te leggen wat er precies is gebeurd.
To Spade is iemand Joel Keyro. Hij probeert het ding dat hem ontbrak terug te geven, wat volgens zijn aannames misschien in dat van Spade zit. Nadat hij ervoor heeft gezorgd dat zijn vermoedens ongegrond zijn, biedt Keiro Spade aan om dit waardevolle item te vinden voor een beloning van vijfduizend dollar. Wanneer Spade over dit bezoek praat, schaamt Bridget O’Shaughnessy zich en smeekt haar niet aan de genade van het lot over te laten. Spade regelt voor haar en Keiro zoiets als een confrontatie, en het meisje stemt ermee in om het beeldje terug te geven met het beeld van de valk die Keiro voor een bepaald bedrag interesseert.
Politieagenten komen Keiro halen "om de omstandigheden op te helderen", en het meisje zegt dat het beeldje in Constantinopel is verkregen van de Russische generaal Kemidov. Omdat ze vermoedde dat het onwaarschijnlijk was dat Keiro voor dit werk zou betalen, verlieten zij en Terzby haastig Constantinopel. Ze vertrouwde Terzby echter ook niet, omdat ze dacht dat hij haar waarschijnlijk voor de gek zou houden. Tussen haar en Spade ontstaat iets meer dan zakelijke samenwerking. Ze bevinden zich in bed. Maar 's morgens, terwijl Bridget nog slaapt, bezoekt Spade haar appartement en gaat daar op zoek, maar vindt de valk niet.
Spade merkt dat een bepaalde jongeman naar hem kijkt. Zijn naam is Wilmer en hij is de rechterhand van een man genaamd Caspar Gutman, die ook verlangt naar contacten met Spade. Het is Gutman die Spade vertelt wat een beeldje is, waarrond passies koken. Eens werd het gemaakt door de Ridders van de Orde van Sint Jan als geschenk aan keizer Karel V, die het eiland Malta aan hen overdroeg. Maar de kombuis, waarop naast andere waardevolle goederen een beeldje stond, bereikte de haven van bestemming niet. Het schip werd gevangengenomen door Algerijnse piraten, en dan begint de gouden valk door de wijde wereld te dwalen, van hand tot hand. Een van de eigenaren bedekt de valk uit voorzorg met zwarte verf. Gutman gaat op het spoor van de valk als hij bij de Griekse ondernemer aankomt. Het lijkt op een steenworp afstand van het gekoesterde doel, maar de Griek gaat onder mysterieuze omstandigheden verloren en het beeld verdwijnt uit zijn huis. Na zeventien lange jaren te hebben gezocht, vindt Gutman eindelijk een valk in Constantinopel, maar zijn huidige eigenaar, een gepensioneerde Russische generaal, wil geen afstand doen van een snuisterij, waarvan hij lijkt dat het geen echte waarde heeft. Dan moet je naar de diefstal, toch valt de valk niet in handen van Gutman. Gutman twijfelt er niet aan dat alleen Miss O’Shaughnessy de verblijfplaats van de valk kent, en aangezien haar sporen in San Francisco verloren zijn gegaan, biedt hij Spade veel geld aan om de valk te helpen vinden. Maar een verleidelijk aanbod blijkt een bluf te zijn: een medicijn wordt gemengd in Spade's whisky, hij is een paar uur bewusteloos en realiseert zich dat hij gewoon uit het spel is gehaald om Bridget zonder tussenkomst te kunnen vinden.
Bridget verdwijnt ergens en Spade moet hard werken voordat hij beseft dat ze hoogstwaarschijnlijk de Paloma-stoomboot, die uit Hong Kong is aangekomen, heeft ontmoet. Wanneer aan boord van de Paloma een brand uitbreekt, realiseert Spade zich dat dit slechts de eerste schakel is in een reeks nieuwe dramatische gebeurtenissen. Ondertussen kreeg Spade bij de politie te horen dat Archer was doodgeschoten met Terzby's wapens, die eerder problemen hadden gehad met de Amerikaanse wetshandhaving. Wat betreft degene die Terzby heeft vermoord, er is nog steeds geen duidelijkheid en de vermoedens van Spade zijn nog niet verwijderd.
Spade slaagt erin vast te stellen dat Bridget O'Shhaughnessy Jacobi, de kapitein van Paloma, zag, maar toen voegde Gutman zich bij het gezelschap. Terwijl Spade en zijn secretaris nadenken over wat er met Bridget kan gebeuren, verschijnt er een lange, magere man met een bundel in zijn handen op de drempel van het kantoor. Omdat hij niets kan uitleggen, valt hij dood - de dood kwam als gevolg van meerdere schotwonden. In het pakket zit dezelfde Maltese valk, waardoor de hele commotie gebeurde ..
De telefoon gaat. Bridget O’Shaughnessy is in het Alexandria Hotel en vraagt om te komen - ze loopt vermoedelijk een groot gevaar. Nadat hij de valk aan het kluisje heeft gegeven, gaat Spade het meisje redden, maar het alarm blijkt vals te zijn. Spade keert terug naar zijn huis, waar Gutman, Keiro, Wilmer en Bridget al op hem wachten.
De handel begint. Spade is bereid om tienduizend dollar te nemen in ruil voor een vogel, maar eist dat Wilmer aan de politie wordt overgedragen als de moordenaar van Terzby en Jacobi. Na lange onderhandelingen is Gutman het daarmee eens. Al snel brengt de secretaris van Spade een pakje met een valk. Met tranen van tederheid in zijn ogen vouwt Gutman het papier open, begint met een mes zwarte verf af te schrapen, maar tot ieders schok is onder de zwarte beschermlaag geen goud, maar lood. Het juweel blijkt nep te zijn. Gutman gaf echter niet kort toe. Hij spreekt zijn bereidheid uit om de zoektocht naar een zegevierend einde voort te zetten. Spade geeft het grootste deel van het ontvangen bedrag terug, Gutman, Keiro en Wilmer worden verwijderd, maar nadat ze zijn vertrokken, neemt Spade contact op met de politie en geeft hij de hele drie-eenheid over. Maar de politie vindt Keiro en Wilmer alleen levend, de jongen vergaf zijn baas niet voor verraad en schoot hem neer met een pistool.
Nu laat Spade Bridget O'Shaughnessy vertellen hoe het echt was. Haar verhaal is een bizarre combinatie van waarheid en leugens, maar Sam Spade is moeilijk om een vinger te wikkelen. Dankzij zijn leidende vragen, amendementen en opmerkingen komt de waarheid eindelijk aan het licht, die op geen enkele manier helder kan worden genoemd.
Miles Archer is neergeschoten door Bridget O’Shaughnessy, niet door Floyd Terzby. Dit gebeurde bovendien door koude berekening. Ze was bang voor haar handlanger en besloot hem op welke manier dan ook uit het spel te halen. Nadat ze Archer met zijn wapens had gedood en op de hoogte was van Terzby's moeilijke relatie met de Amerikaanse politie, haalde ze hem bijna volledig uit de achtervolging van de valk, die ze verkregen door gezamenlijke inspanningen in Constantinopel, en moest ze vervolgens snel Gutman en zijn gezelschap verlaten. Op dat moment kwam ze op het idee om het beeldje op een rotonde door Hong Kong naar de Paloma te sturen. Maar Gutmans te snelle optreden in San Francisco dwong haar opnieuw contact op te nemen met het detectivebureau van Sam Spade. Een verraderlijke bedrieger, die meedogenloos mensen gebruikt om haar persoonlijke doelen te bereiken en ze vervolgens overbodig acht, hoopt ze nu uit het water te komen, in de hoop te spelen met de gevoelens die Spade voor haar heeft. Maar die echt coole detective en laat geen emoties overheersen. Hij begrijpt dat als hij Bridget nu van gevaar heeft gered, hij haar leven lang gegijzeld zal blijven. De liefde van deze vrouw is net zo vals als de Maltese valk. En de politie neemt in de finale de voogdij over de noodlottige Bridget.
