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L'intera squadra è sopravvissuta all'attacco e Gibbs riesce a uccidere Dearing mettendo fine all'intreccio della stagione precedente. Ducky, sopravvissuto al suo malore viene parzialmente sostituito da Palmer che acquista una notevole importanza. Ma poco tempo dopo si sviluppa un nuovo filo conduttore, nuovamente legato a Ziva e al Mossad. Infatti il direttore Eli David e la moglie di Vance rimangono uccisi in un attacco alla casa del direttore del NCIS. Ziva si impegna al massimo per vendicare il padre, e riesce infine a uccidere Bodnar, il responsabile dell'accaduto. Durante questo periodo fra Tony e Ziva c'è un avvicinamento. Negli ultimi episodi il Dipartimento della Difesa arresta Gibbs con l'accusa di ostacolare la giustizia.