Sono passati tre anni dalla storica rapina al casinò Bellagio di Las Vegas. Da allora, Danny Ocean e i suoi soci si sono dispersi nella natura selvaggia con l'intenzione di condurre una vita onesta. Sposato di nuovo con Tess, mantiene un basso profilo fino a quando uno dei suoi ex complici la consegna a Terry Benedict. Il proprietario del Bellagio non scherza: la banda deve restituirgli i soldi pena la morte, e questo è solo l'inizio, perché qualcun altro è molto interessato alle attività passate e presenti della banda degli undici...
Il film è uscito negli Stati Uniti il 10 dicembre 2004. Ha ricevuto recensioni contrastanti da parte della critica e ha incassato 362 milioni di dollari in tutto il mondo, diventando il decimo film di maggior incasso del 2004. Il film è stato seguito da Ocean's Thirteen (2007), con il ritorno di Soderbergh e della maggior parte del cast.
Terry Benedict trova tutti gli undici membri della banda di Danny Ocean, chiedendo loro di restituire i 150 milioni di dollari rubati dai suoi casinò più 38 milioni di dollari di interessi. Benedict dà alla banda di Danny un termine di due settimane per restituire la somma assegnata.
A corto della metà dell'importo, il gruppo progetta di organizzare una rapina ad Amsterdam per evitare problemi con le autorità statunitensi. Un informatore di nome Matsui li informa sull'ubicazione del primo certificato azionario mai emesso. Dopo una complessa serie di piani, scoprono che il documento è già stato rubato dalla "Volpe della Notte", un altro ladro provetto. La detective dell'Europol Isabel Lahiri viene chiamata a indagare sul furto e si rende conto di aver dato a Rusty l'idea di come risolvere una complicazione del colpo con la descrizione di un furto simile durante la loro precedente relazione. Sorprendendo il gruppo nei loro alloggi, li avverte che non possono battere la Volpe Notturna o il suo mentore, il misterioso maestro ladro noto come "LeMarc", che eccellono entrambi nella pratica del "long-con", e ruba il telefono di Rusty. Da anni dà la caccia a entrambi.
Danny e la sua banda scoprono che la Volpe Notturna è François Toulour, un ricco barone francese e ladro gentiluomo che possiede una villa sul lago di Como. Danny si reca alla villa e ruba i quadri di Toulour. Si confronta con Toulour, il quale rivela di aver rivelato le loro identità a Benedict (rompendo il codice del silenzio tra i ladri) e di aver assunto Matsui per informare la banda del certificato azionario al fine di organizzare l'incontro con Danny. Toulour è arrabbiato perché LeMarc ha suggerito che Danny potrebbe essere un ladro migliore di lui e sfida Danny a rubare l'Uovo dell'Incoronazione Imperiale Fabergé. Se Danny e la sua banda vinceranno, Toulour pagherà il debito con Benedict.
Danny e la sua banda iniziano a pianificare un'elaborata rapina per scambiare l'uovo con una riproduzione olografica, ma Toulour consegna le registrazioni delle telecamere della sua villa a Lahiri, che deduce che vogliono rubare l'uovo grazie a una telefonata intercettata a Rusty. Cattura quindi tutti i membri dell'equipaggio tranne Linus, Tarr, Turk e Saul. Linus escogita un secondo piano che prevede che Tess, la moglie di Danny, si finga una Julia Roberts incinta per avvicinarsi all'uovo e scambiarlo. I due vengono sventati da Lahiri e da un Bruce Willis casualmente presente e il resto dei membri del gruppo viene catturato. A Lahiri viene detto che devono essere estradati negli Stati Uniti, mentre Linus viene scelto per primo per essere interrogato dall'agente dell'FBI incaricato di prenderli. Si scopre che è sua madre, che ha organizzato il rilascio dell'intera banda. La donna fa notare a Lahiri che dovrà affrontare delle conseguenze per aver falsificato la firma su un modulo dell'Europol per ottenere i mandati di arresto necessari per la banda di Ocean.
Qualche tempo dopo, Danny e Tess tornano alla villa di Toulour, dove Toulour rivela la sua gioia per il loro fallimento. Toulour spiega di aver rubato l'uovo di notte usando la sua agilità e le sue abilità di ballerino per eludere la sicurezza del museo. I festeggiamenti di Toulour durano poco quando Danny rivela che il suo gruppo ha rubato il vero uovo mentre era in viaggio verso il museo e Toulour capisce che sono stati avvisati da LeMarc.
Un flashback rivela che Danny e Rusty avevano incontrato LeMarc in precedenza, quando questi aveva rivelato il suo trucco di fiducia volto a umiliare Toulour e, allo stesso tempo, a restituire a se stesso l'uovo Fabergé che aveva rubato anni prima ma che aveva restituito per volere della moglie. Toulour è costretto ad ammettere che Danny ha vinto la scommessa e gli dà i soldi per il debito con Benedict.
I due pagano Benedict e promettono di non fare più rapine nei suoi casinò, mentre Toulour viene visto sullo sfondo mentre spia Benedict. Rusty porta Lahiri in un rifugio che dice essergli stato prestato da LeMarc. Lì, Lahiri ritrova suo padre, che si rivela essere l'uomo che ha inseguito per anni: LeMarc.