События black ops берут свое начало 25 февраля 1968 года. В комнате для допроса, приходит в себя наш герой, Алекс Мэйсон. Он не понимает где он находится, почему его привязали к стулу, и допрашивают. Большая часть игры представлена в виде воспоминаний героя с 1961 по 1968 годы.
Далее нить событий в COD black ops, возвращает нас в 1961 год, три оперативника Мэйсон, Вудс и Боуман прибывают на Кубе, для выполнения особого задания, в заливе Свиней, цель которой убийство Фиделя Кастро. Мэйсон удается пробится в спальню и убить Эль Президенте, но во время эвакуации он падает из самолета . Настоящий Кастро берет Мейсона в плен, и передает его своему русскому союзнику, Никите Драговичу. После этого Мэйсон около года проводит В ГУЛАГе. За время заключения Мейсон знакомится с Виктором Резновым, бывшим солдатом Красной армии. Виктор рассказывает, что в октябре 1945 года он вместе с Драговичем, Кравченко и Петренко, был отправлен на поиски Штайнера, скрывавшегося на северном полюсе. Во конце операции Драгович предает Резнова и выпускает химическое вещество «Нова 6», отравив тем самым Петренко. Резнова ждала та же участь, но ему удается спастись во время перестрелки британских сил с войсками СССР. В сложившейся неразберихи ему удается уничтожить «Нову 6». Позднее Штайнер вместе с британским ученым Дэниелом Кларком удается воссоздать формулу "Нова 6". После чего Резнов попадает в заключение. Мэйсон и Резнов совместно организовывают бунт вместе с другими заключенными, но лишь Мейсону удается бежать.
Через месяц президент США Джон Кеннеди отдает приказ, убить Драговича. Далее действие black ops, перемещается в 1963 год. Мэйсона, Вудса и Боумана командируют на Байконур Казахской ССР, для диверсии советской космической программы. Агент Уивер, на момент начала миссии находится в плену, Мэйсон наблюдает за тем, как Кравченко выкалывает ему глаз. Мэйсон вместе с командой спасают Уивера и взрывают «Союз-2». Драгович удается сбежать, и успешно скрываться от Мейсона в течении пяти лет. 1968 год, американцами создается подразделение MACV-SOG для наблюдения за военными СССР во Вьетнаме. Успешно защитив Кхесани, подразделение выдвигается в город Хюэ, на поиски русского перебежчика, у которого есть документы о местонахождении Драговича. Перебежчиком оказывается Резнов, который передает документы Мейсону. SOG нападает на Лаос чтобы достать груз с «Новой 6» из разбитого советского самолета. Группа попадает в плен. Мэйсону и Резнову удается сбежать, Боумана казнят, а Вудс погибает, убив Кравченко.
В это же время Хадсон и Уивер допрашивают Дэниела Кларка, доктора, которому удалось усовершенствовать «Нову 6», в гонконгском районе Коулун. Кларк рассказывает об участии Штайнера в заговоре и указывает местоположение немца на секретном объекте в горах Ямантау за секунду до того, как люди Драговича убивают его. Уивер и Хадсон направляются в горы Ямантау для ареста Штайнера и уничтожения секретного объекта. Во время выполнения миссии Хадсон получает шифрованную передачу от Штайнера, где он предлагающего встретиться на острове Возрождения в Аральском море чтобы передать им информацию о том, как прекратить вещание с радиостанции, которая будет передавать указания по выпуску газа «Новы 6» агентам Драговича, в разных городах США. Мэйсон и Резнов тоже направляются к острову чтобы убийства Штайнера.
В настоящем времени, во время допроса, Мэйсон был уверен в том, что именно Резнов убил Штайнера, но Хадсон рассказывает ему, что Штайнера стрелял Мейсон. Хадсон знает, что Драгович перепрограммировал Мэйсона, для восприятие цифр передаваемых радиостанцией, чтобы сделать его своим агентом. Хадсон освобождает Мэйсона, чтобы проследить за ним. Выясняется, что настоящий Резнов погиб еще при побеге в Воркуте, а видения с Резновым, связаны с тем, что Резнов вмешался в процесс программирования Мейсона и внес свои изменения, убить Драговича, Кравченко и Штайнера вместо президента Кеннеди. Мейсон также вспоминает, что радиостанция передающая цифры, находится около Кубы на корабле «Русалка».
На рассвете американцы начинают штурм «Русалки». Мэйсон и Хадсон проникают на подводную советскую станцию, вход на которую находился на «Русалке». Удостоверившись, что «Русалка» и есть искомая радиостанцией, Хадсон вызывает ВМС США для уничтожения корабля и подводной станции. Мэйсон и Хадсон находят Драговича в комнате управления операциями. В схватке Мэйсон душит его, и они всплывают в момент атаки ВМС. У Мейсона дурное предчувствие после последних слов Драговича.
В конце Call of duty black ops, крутится архивная запись, которая записывалась незадолго до убийства Кеннеди. После повторного показа видео, в толпе можно рассмотреть Мэйсона, а также последние слова Драговича свидетельствуют, что Мейсон все выполнил заложенную в него программу. Надо заметить, что Call of duty black ops это единственная игра из серии Call of duty которая имеет вполне вменяемы и даже интересный сюжет.