Стэнтон и Росс в госпитале. Для Буллита теперь вопрос чести распутать это дело и поймать тех, кто стрелял в его клиента и сослуживца, а при возможности и поквитаться с мафией. Чалмерс взбешён и обвиняет Буллита в некомпетентности, возлагая на него вину за случившееся. Чалмерс грозится разрушить карьеру лейтенанта, в случае если свидетель умрёт. Он даёт понять, что его не волнует ничего, кроме возможного срыва слушаний, которые должны принести ему политические дивиденды: ни состояние раненого полицейского, ни даже пара убийц, разгуливающих на свободе. Чалмерс заранее открещивается от всей этой неприглядной и невыгодной для него истории, найдя «козлов отпущения» в полицейском управлении города.

Жизни Стэнтона больше ничто не угрожает, состояние же свидетеля значительно более серьёзно. Врачи оценивают его шансы как «пятьдесят на пятьдесят». Вскоре один из убийц, Майк проникает в больницу, чтобы прикончить Росса, но благодаря бдительности персонала, об этом узнаёт Буллит и преследует его по больничным коридорам и подсобным помещениям. Всё же опытному Майку удаётся уйти от Буллита и скрыться. Однако худшее произошло — вернувшись после безуспешной погони за Майком в больничное отделение, Буллит узнаёт, что Росс умер от ран.

Фрэнк решает выиграть время, скрыв смерть Росса от Чалмерса и журналистов. Он просит доктора Уилларда «потерять» карту больного свидетеля, а сам в это время тайно, под именем Джона Доуэтим именем традиционно обозначают неопознанные тела, перевозит тело Росса в морг.

В воскресенье утром Чалмерс приходит в госпиталь и обнаруживает пропажу свидетеля. Расспросы докторов и персонала ничего не дают: карты нет, все как будто сговорились. Чалмерс в бешенстве, но он ничего не может сделать, он приходит к выводу, что Буллит похитил свидетеля, чтобы вести какую-то свою игру. Тут неожиданно звонит Буллит и говорит, что всё под контролем и Росс в безопасном месте, после чего бросает трубку. Чалмерс требует от капитана Бейкера (Норман Фелл) отстранить Буллита от этого задания. Также он предпринимает попытку оказать давление на капитана Беннетта (Саймон Окланд) с целью узнать, где находится Росс. Но Беннет встаёт на сторону Буллита и не поддаётся, ни на угрозы, ни на посулы Чалмерса.

В это время Буллит, имея на руках описание преступников, полученное от портье гостиницы, решает провести следственный эксперимент, проехав по городу тем же маршрутом, что и погибший Росс. К счастью, Фрэнку удаётся найти таксиста (Роберт Дюваль), подвозившего Росса до гостиницы накануне. Таксист в подробностях запомнил вчерашний путь Росса, включая остановки у телефонов-автоматов. Так Будллиту удаётся выйти на подружку Росса Дороти Симмонс, которой он звонил незадолго до своей смерти в отель Сан-Матео. Буллит начинает подозревать, что погибший, которого он охранял, был не тем, за кого себя выдавал. Тут он замечает подозрительный автомобиль, в котором сидят двое типов, явно подпадающие под описание преступников. Следует эффектная центральная сцена погони по улицам и пригороду Сан-Франциско.

Убийцы на автомобиле Dodge Charger надеялись проследить за Буллитом и узнать, куда он спрятал Росса. Но оказавшись обнаруженными, сами вынуждены скрываться. Музыка тревожно замолкает, Фил пристёгивается ремнём безопасности и, выбрав удобный момент, даёт полный газ. Автомобиль с рёвом срывается с места, входит в крутой вираж и скрывается за поворотом. Буллит на своём Ford Mustang, не ожидав такого развития событий, немного замешкался, но, разобравшись в дорожном трафике, вскоре начал настигать бандитов. Улицы города очень холмистые и обе машины со скрежетом и в клубах пыли и дыма от горящих шин скачут на многочисленных подъёмах и срываются со спусков. Начавшись в городе на побережье и приведя к нескольким небольшим происшествиям на загруженных дорогах Сан-Франциско, погоня продолжается в пригороде. Майк выхватывает «винчестер» 1897 и стреляет в настигающего их Буллита. Фрэнк на полной скорости старается столкнуть Додж в обочину. Наконец ему это удаётся, Фил теряет управление, и Додж влетает на автозаправочную станцию. Страшный удар, следует серия мощных взрывов, и оба киллера сгорают заживо в покорёженном автомобиле.