俄罗斯，耶莲娜·贝洛娃（弗洛伦丝·皮尤 饰）在失去姐姐娜塔莎后，内心空虚，接受中情局局长瓦伦蒂娜（朱莉娅·路易斯-德瑞弗斯 饰）的任务，摧毁一处实验室。她意外与冬兵巴基·巴恩斯（塞巴斯蒂安·斯坦 饰）、红卫兵阿列克谢（大卫·哈伯 饰）、幽灵（汉娜·约翰-卡门 饰）、美国特工约翰·沃克（怀亚特·拉塞尔 饰）和模仿大师（奥尔加·库里连科 饰）被困致命陷阱，任务目标指向神秘的“哨兵”鲍勃（刘易斯·普尔曼 饰）。

团队发现瓦伦蒂娜隐瞒真相，任务实为清除她与O.X.E.集团的“哨兵”超人计划证据。耶莲娜与巴基试图领导这群问题人物，反抗瓦伦蒂娜的操控。哨兵的失控力量威胁全球，幽灵与模仿大师的过往恩怨暴露，约翰·沃克的野心引发内讧。团队在沙漠、废弃工厂与复仇者大厦间辗转，面对军事围剿与哨兵的毁灭性力量。

耶莲娜与巴基在信任与背叛的拉锯中找到救赎，团队联合挫败瓦伦蒂娜的阴谋，哨兵的命运揭开惊人真相。雷霆特攻队在爆炸与牺牲中重塑为“新复仇者”，为漫威宇宙的未来埋下伏笔。