Действие происходит в Москве конца 1930-х годов. Инженер-конструкторавиационного завода Кочин совершает ошибку, решив взять домой чертежи самолёта, чтобы быстро внести в них правку по результатам последних испытаний. Начальник отдела Мурзин не то, чтобы разрешает, но и не запрещает инженеру вынести чертежи с завода. Завербованный иностранной разведкой, он тут же ставит об этом в известность резидента Тривоша.
С помощью соседки по коммунальной квартире и возлюбленной Кочина — Ксении Лебедевой — Тривош проникает в комнату инженера и фотографирует чертежи.
Передача шпионом шифровки о срочной переправке фотографий чертежей за рубеж происходит в пошивочной мастерской, избранной агентами местом встреч. При этом шифровка случайно выпадает из кармана Мурзина. Обнаружив на полу странный клочок бумаги, портной сразу же относит его в органы НКВД. Там секретное сообщение расшифровывают, и следователь Ларцев начинает распутывать дело.
Кочин и Ксения отправляются на прогулку в Пушкино. За ними следит Тривош. Ксения признается Кочину, что она шпионка и обещает ему пойти к следователю.
Тривошу удается избавиться от свидетельницы, толкнув её под поезд, но работники госбезопасности задерживают шпионов.
Сразу же после выхода фильма сценарист Олег Леонидов в газете «Кино» 17 ноября 1939 года отмечал:
...многие статьи и брошюры о методах шпионско-диверсантской работы не обладают такой убедительной силой, как живые образы подлинно художественного произведения. «Ошибка инженера Кочина» — именно такое произведение.
Режиссер Михаил Ромм, начинавший некогда как ассистент А. Мачерета, писал в газете «Кино» 29 ноября 1939 года:
Картина возрождает в нашем искусстве детектив с большой стилистической чистотой и притом на новых, более сложных позициях...
Издания
Братья Тур. Очная ставка: Пьеса в 3 д. / Бр. Тур и Л. Шейнин. — Москва; Ленинград: Искусство, 1940 (Москва). — 96 с.; 14 см.