电影一开始,鹰眼家人受灭霸响指影响化成灰烬,惊奇队长救了在太空中漂流的钢铁侠跟星云,三人一同回到地球,惊奇队长直言要杀掉灭霸,抢回手套救回死去的人们,布鲁斯班纳找到了灭霸所在地,众人找到灭霸,谁知此时的灭霸卸甲归田,已伤痕累累,步履蹒跚,无限宝石也不见了,灭霸说自己完成任务后,毁掉了无限宝石,宝石的能量让他几乎丧命,雷神没等灭霸说完便砍掉了灭霸的脑袋,灭霸死了。
五年后,蚁人机缘巧合回到现实世界,回来后发现了这一切,找到了米国队长,并说明了可以通过量子领域回到过去,收集宝石,阻止灭霸,美队找到钢铁侠,但他已经跟小辣椒退隐,并有了自己的小女儿,钢铁侠拒绝了美队,美队找到了布鲁斯班纳,发现浩克跟布鲁斯同时享用了一个躯体,钢铁侠虽然拒绝美队,但私下偷偷在发明进入量子领域的装配物体,还把经典的美队盾牌还给了美队,众人分三组进行穿越收集宝石,雷神穿越以前重新拿回了自己的锤子,在取灵魂宝石的时候黑寡妇牺牲了自己,鹰眼拿到灵魂宝石,星云在行动过程中,被以前的自己擒住,过去的灭霸读取星云记忆,并看到了自己如何被杀死的,灭霸知道了计划,命星云假冒未来的自己,跟众人穿越回未来接应灭霸,绿巨人带了手套,打了响指死去的人复活,但承受不了无限宝石的力量,便脱了下来,此时过去的灭霸也穿越到了未来,将复联基地夷为平地,美队钢铁侠雷神,三人打不过没有手套的灭霸,这里美队用了雷神以前的锤子,灭霸召集了黑曜五将跟一些小兵,准备杀死三人,此时复活的超级英雄集体现身,场面十分壮观,与灭霸召开了大战,灭霸落了下风,随即命飞船射击一众英雄,此时惊奇队长不费出灰之力,将飞船打烂,灭霸最后还是戴了手套,在打响指那一刹那,钢铁侠扣下了宝石,戴到自己的盔甲打了响指,灭霸等反派化成灰烬,钢铁侠也承受不住宝石的能量,死掉了(漫威最具号召力的超级英雄下线),美队利用量子领域穿越到以前将宝石分散到了世界各处,等再回到现实世界的时候,美队变成了一个白发苍苍的老人,美队自己选择让自己变老,不再一成不变,并将盾牌交给了自己的队友猎鹰山姆,影片结尾美队在过去的世界里拥抱着佩姬完成了最后一舞,影片结束
漫威最具号召力的两位超级英雄钢铁侠跟米国队长正式下线,以后未来的漫威电影基本可以说是看不到两位了。