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……

　　影片开场，巴尼·罗斯（西尔维斯特·史泰龙 Sylvester Stallone 饰）带领敢死队的老伙计李（杰森·斯坦森 Jason Statham 饰）、贡纳（杜夫·龙格尔 Dolph Lundgren 饰）等人驾驶直升机劫持火车，救出了被囚禁的用刀高手医生（韦斯利·斯奈普斯 Wesley Snipes 饰）。经过短暂的休整，他们奔赴索马里潜入某倒卖军火组织的老巢中执行任务，谁知巴尼发现该组织老大竟然是当年本该死去的敢死队战友康拉德·斯通班克（梅尔·吉布森 Mel Gibson 饰）。一番激烈的交火过后，斯通班克成功逃脱，而敢死队方面则损失惨重。
　　此役过后，不仅军方和敢死队藏着一股怒火，连斯通班克也被彻底激怒，最强的硬汉迎来生死对决……

成绩优异的男孩杰夫·陈（贾斯汀·钱 Justin Chon饰）从来不会做出什么出格的事情。他正准备参加医学院的入学面试。面试的前一天，是他21岁的生日。在杰夫两个死党凯西（斯盖拉·阿斯丁 Skylar Astin饰）和米勒（迈尔斯·特勒 Miles Teller饰）的怂 恿和劝说下，他们相约去花花世界里庆祝杰夫的生日，也狠狠地疯狂一把。然而他们一开始喝酒就无法停止了。局面慢慢变得失去了控制，变得疯狂而可怕……

　　渐渐习惯了现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰），在一次行动后隐隐嗅到神盾局内部所弥漫出来的凶险气味。而当得知神盾局正秘密进行的“洞察计划”后，他更为此感到愤怒。某天，神盾局指挥官尼克-法瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）遭到一群武装分子袭击，他拼尽全力将一支U盘交到美国队长手中，这里面藏着该局二战以来最重要且最可怕的秘密。在此之后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前局长亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福/Robert Redford 饰）的通缉和追杀，逃亡中他得到黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和退伍老兵“猎鹰”（安东尼·麦凯 Anthony Mackie 饰）的帮助。
　　他们必须争分夺秒解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的施行……