Six ans après « Jeux d'enfants », Marion Cotillard et Guillaume Canet se retrouvent à nouveau à l'affiche d'un film commun. Amants à la ville comme à l’écran, les deux surdoués du cinéma français partagent une belle affiche aux promesses d’aventure et de romantisme. Une promesse que partiellement tenue puisque « Le dernier vol », qui se réclame de fresques légendaire telles « Lawrence d'Arabie » ou « Le patient anglais », ne rempli pas le cahier des charges généralement admis pour ce type de films. En s’affranchissant des clichés romanesques classiques, l’histoire perd en substance et plonge le spectateur dans un ennui, parfois profond.

Le film relate les aventures de l’aviatrice Marie Vallières de Beaumont partie à la recherche de son amant disparu Bill Lancaster. Dans le Sahara français de 1933, la jeune femme devra faire face à la désinvolture et au manque de courage des militaires français. Seul l'officier Antoine Chauvet, en rebellion contre l'autorité, accepte de la suivre dans cette quête risquée dans une des régions les plus arides du Sahara, le Ténéré. « C’est un huit clos, sans les murs » résume Marion Cotillard avec le sourire.