År 1967 anmälde sig McCain som frivillig till Vietnamkriget och flög turer över Nordvietnam. När han förberedde sig inför ett av dessa uppdrag skedde en olycka på hans hangarfartyg, då ett annat plan av misstag avlossade en robot som träffade McCains plans externa bränsletank. Det brinnande flygbränslet spred sig över skeppet och 134 män dog i olyckan. Efter olyckshändelsen fick McCain möjlighet att återvända hem, men valde att fortsätta. Senare samma år blev han under ett uppdrag nedskjuten av en nordvietnamesisk luftvärnsrobot. Vid utskjutningen ur planet bröt han båda benen och ena armen. Han landade i en sjö och lyckades ta sig upp till ytan. Han drogs in till land och anfölls av en mobb som misshandlade och knivstack honom upprepade gånger innan den överlämnade honom till det ökända nordvietnamesiska fängelset Hanoi Hilton.

Hanoi Hilton, det namn som gavs till fängelsehålan där han tillbringade mer än fem år isolerad under långa perioder och utsatt för brutal tortyr. Han tillfångatogs i oktober 1967, svårt skadad efter att hans stridsplan skjutits ner under ett attackuppdrag över Vietnam, och frigavs inte förrän i mars 1973.

Tiden i fångenskap var nära att ta hans liv och blev enligt den republikanska bild som nu målas upp  avgörande för McCains personliga utveckling mot en politiker som sätter nationens intressen främst.
En central del i hjälteberättelsen är hur McCain under åren i Hanoi Hilton vägrade erbjudanden om att bli frigiven.
Han höll fast vid den militära uppförandekod som säger att frigivning ska ske i den ordning krigsfångar gripits.