La segunda temporada de 'Alias' se emitió en ABC entre el 29 de septiembre de 2002 y el 4 de mayo de 2003. La temporada está dividida en dos partes, después de que la cadena confiase en ella para ocupar el hueco posterior a la Super Bowl con el episodio titulado "Fase Uno".
En ese sentido, la temporada arranca justo donde terminó la primera, con Sydney descubriendo por fin la identidad de su madre, Irina Derevko, que está interpretada por la actriz Lena Olin, uno de los fichajes de esta temporada. Sydney continúa siendo una agente doble para el SD-6 y la CIA al mismo tiempo, intentando evitar las perversas acciones de Arvin Sloane.
Sin embargo, en "Fase Uno" todo cambia y la CIA consigue por fin asaltar el SD-6 y poner fin a la Alianza. Dixon y Marshall descubren también que han estado trabajando para una organización terrorista y consiguen un puesto de verdad en la agencia de inteligencia. Del mismo modo, Sydney y Vaughn por fin se besan y comienzan una relación oficialmente.
No obstante, Arvin Sloane ha escapado y Sydney, Jack y el resto de la agencia continúan tras su búsqueda. Otra gran revelación del mismo capítulo es saber que Francie Calfo, la amiga íntima de Sydney, ha sido asesinada por Allison Doren, que se ha transfigurado para parecerse a ella.
Paralelamente, Sydney continúa entablando relación con su madre, que cada vez se vuelve más estrecha, e incluso protagonizan algunas misiones juntas. Sin embargo, Irina acaba huyendo, demostrando que como Jack sospechaba todo había sido un engaño para conseguir sus objetivos.
La temporada acaba con una espectacular lucha entre Sydney y Allison-Francie, que en teoría termina con la muerte de esta última. Sin embargo, en los últimos minutos vemos que Sydney despierta en Hong Kong. Han pasado 2 años de aquella pelea y Syndey lleva todo este tiempo desaparecida. Todo el mundo la daba por muerta, y hasta Vaughn se ha casado con otra mujer.
La segunda temporada de 'Alias' cuenta con cameos de renombre como David Carradine, Ethan Hawke, Faye Dunaway, Christian Slater o Rutger Hauer, entre otros.