当年那场惨烈的芝加哥大战，汽车人虽然成功击退了霸天虎的入侵，却也让地球人对他们失去了应有的信任与尊重。由美国中情局组建的“墓风”部队对所有的变形金刚进行无差别的猎杀，一时间汽车人和霸天虎全都在地球不见了踪影。某天，居住在得州的落魄机械发明家凯德·伊格（马克·沃尔伯格 Marky Mark 饰）买回来一辆破旧的卡车车头，谁知那竟是处在休眠中的汽车人首领擎天柱。嗅到气息的墓风部队蜂拥而至，苏醒后的擎天柱救走了凯德一家，也和散落在各个角落的汽车人相继取得联系。另一方面，疯狂的人类科学家从变形金刚的残骸中获知了他们变形的秘密，并企图借此制造出人造金刚，而脱胎自威震天的惊破天正是他们的得意作品以及催命死神。 　　新一轮的危机卷土而来，地球面临更大的灾难……

尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）试图重启一个已经废弃的维和项目，不料该项目却成为危机导火索。世上最强大的超级英雄——钢铁侠、美国队长（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）、雷神（克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）、绿巨人（马克·鲁弗洛 Mark Ruffalo 饰）、黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和鹰眼（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰），不得不接受终极考验，拯救危在旦夕的地球。神秘反派奥创（詹姆斯·斯派德 James Spader 配音）逐渐崛起，超级英雄们必须重新集结，竭力阻止奥创实施人类灭绝计划。战斗中，复仇者联盟成员们还遇到了两个新人物——旺达·马克西莫夫（伊丽莎白·奥尔森 Elizabeth Olsen 饰）和皮特罗·马克西莫夫（亚伦·泰勒-约翰逊 Aaron Taylor-Johnson 饰），以及以全新面目归来的老朋友——幻视（保罗·贝坦尼 Paul Bettany 饰）。世界秩序濒临崩溃，复仇者联盟必须阻止奥创的阴谋。强敌不断出现，一场空前绝后的全球浩战即将展开…

杰森·伯恩事件引起连锁反应，踏脚石（Treadstone）计划以及CIA用药物控制强化特工的行径通过报纸公之于众，令其幕后人物坐立不安。为了阻止满盘皆输的局面出现，CIA高层决定中止该计划，并将相关特工人员以及科学家从行动中抹杀。在此后的日子里，那些深藏在国家政治最底层、依靠蓝绿药丸执行各种绝密任务的特工相继殒命，而负责染脏双手的执行人——前美国空军上校艾瑞克·贝尔（爱德华·诺顿 Edward Norton 饰），正慢慢将屠刀伸向隐藏在位于阿拉斯加崇山峻岭、暴雪深山中的特工艾伦·克劳斯（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）。 　　突如其来的炮火袭击令艾伦意识到自己所处的危险境地，在之后的日子里，他不仅要在昔日同伴的追杀中求生，还必须设法找到那曾为他提供源源不断体能和智力的蓝绿药丸……

名不见经传的小刑警孙大圣（王千源 饰）出生入死在追查案件的第一线，在平凡无奇的一天，他突然听说与之有交情的汽车修理工赵勇强跳楼自杀了。赵勇强此前租住一处拆迁房，但拆迁房一夜被人强拆，他和儿子不仅被赶了出来，连预付的租金都打了水漂。在此之后，赵带着儿子找到地产开发商泰华集团总经理赵泰（包贝尔 饰），结果却遭受了殴打和羞辱。在此之后，孙大圣试图调查此事，却遭到泰华集团乃至警方内部的阻挠，而赵泰试图收买他的行为更激怒了耿直倔强的孙大圣。 专横跋扈的赵泰为了摆平这件事，不惜采用各种龌龊肮脏的手段，正邪之战正式拉开帷幕……

资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰）的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉•布莱德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。