Ключевой сюжетный поворот, определяющий весь дальнейший ход событий, — это инициатива генерала Джека Д. Риппера, который в обход всех инстанций отдает приказ о ядерной бомбардировке СССР. Это становится возможным благодаря "Плану R" — протоколу, позволяющему нижестоящему командиру нанести ответный удар, если всё высшее командование, включая президента, уничтожено. Риппер злоупотребляет этим планом, изолировав свою базу и оборвав всю связь с внешним миром, кроме радиосвязи с самолетами, которые уже не могут быть отозваны без специального трехбуквенного кода, известного только ему.
Второй важнейший элемент, раскрывающийся в середине фильма, — это существование советской "Машины судного дня". Это устройство, состоящее из множества кобальтовых бомб, которое автоматически сработает в случае ядерного удара по территории СССР и уничтожит всю жизнь на Земле на 93 года. Факт существования этой машины делает все усилия американцев по отзыву бомбардировщиков практически бессмысленными. Даже если один самолет прорвется к цели, апокалипсис станет необратимым. Ирония заключается в том, что СССР планировал объявить о создании машины только на следующей неделе, что делает ее главным сдерживающим фактором, о котором никто не знал. Как замечает доктор Стрейнджлав, "весь смысл Машины судного дня теряется, если вы держите ее в секрете!".
Кульминация наступает, когда, несмотря на все усилия, один бомбардировщик под командованием майора Конга, с поврежденной радиоаппаратурой, все же долетает до своей цели. Из-за повреждений механизм сброса бомбы не срабатывает, и майор Конг лично спускается в бомбовый отсек, чинит его и падает вниз вместе с бомбой, оседлав ее, как на родео. Этот единственный взрыв активирует "Машину судного дня".
Концовка фильма представляет собой монтажную нарезку многочисленных ядерных взрывов под умиротворяющую песню Веры Линн "We'll Meet Again" ("Мы встретимся снова"). Этот циничный аудиовизуальный контрапункт подчеркивает окончательный триумф абсурда. В последние минуты перед концом света доктор Стрейнджлав, воодушевленный перспективой, предлагает план спасения элиты в глубоких шахтах с соотношением десять женщин на одного мужчину для быстрого восстановления популяции. В этот момент он чудесным образом исцеляется, встает с инвалидного кресла и кричит "Мой фюрер! Я могу ходить!", что символизирует полное торжество безумия и бесчеловечной идеологии в момент гибели мира.