В 1942 году во время Второй мировой войны Стив Роджерс был выбран первым в мире суперсолдатом, однако шпион организации «Гидры» вмешивается и ранит Роджерса. Пегги Картер убивает шпиона и получает сыворотку. Однако глава СНР Джон Флинн отстраняет Картер от операций. Лишь после того, как она захватывает у Гидры Тессеракт, Флинн решает использовать её на миссиях как «Капитана Картер». Говард Старк использует куб для создания брони для Роджерса, который становится «Крушителем „Гидры“». На одном из заданий Стив пропадает после взрыва поезда Гидры. Пегги и её боевые товарищи проникают на базу организации, где Красный Череп, используя Тессеракт, проводит через портал монстра с щупальцами, который убивает Шмидта. Картер входит в портал, чтобы вернуть существо в его измерение. 70 лет спустя Тессеракт вновь открывает портал, из него выходит Пегги и знакомится с Ником Фьюри и Клинтом Бартоном.

В 1988 году по приказу Эго Опустошители отправляются на Землю, чтобы похитить его сына Питера Квилла. Однако по ошибке они похищают из Ваканды маленького Т’Чаллу. 20 лет спустя Т’Чалла становится известным галактическим наёмником и преступником Звёздным Лордом, а лидер Опустошителей Йонду Удонта уверяет его, что Ваканда уничтожена. К Т’Чалле и Опустошителям обращается Небула, которая предлагает украсть Угли Бытия, космическую форму пыли, способную терраформировать экосистемы, у главного криминального авторитета галактики Танелиира Тивана. Небула и Йонду встречаются с Коллекционером на Забвении и в качестве приманки предлагают ему Камень Силы. В это время Т’Чалла проникает в хранилище Тивана, чтобы найти Угли, и обнаруживает космический корабль Ваканды, который искал его. Небула, по-видимому, предаёт Опустошителей, что оказывается её уловкой для кражи Углей. Карина, рабыня Коллекционера, освобождает Т’Чаллу и помогает Опустошителям победить Тивана. Т’Чалла прощает Йонду за ложь о Ваканде, куда после этого они прибывают, и Т’Чалла воссоединяется с родителями. Где-то на Земле Эго приходит к взрослому Питеру Квиллу, работающему уборщиком в ресторане Dairy Queen.

В 2011 году в течение недели кто-то упорно подставляет агентов организации «Щ.И.Т.» и препятствует набору потенциальных Мстителей: Наташа Романофф вводит Тони Старку диоксид лития, который неожиданно оказывается смертелен, Клинт Бартон случайно пускает в Тора стрелу, а позже сам умирает в тюремной камере. Для анализа диоксида лития Наташа встречается с доктором Бетти Росс, в лаборатории которой и прячется Брюс Бэннер. Отец Бетти, генерал Таддеус Росс, атакует Романофф и Бэннера, который после превращения в Халка взрывается. Локи, сводный брат Тора, прибывает в Нью-Мексико и атакует Землю из-за смерти брата. Фьюри предлагает Локи заключить союз, чтобы найти убийцу Тора. При расследовании убийств Мстителей Наташа Романофф погибает, передав ключ к разгадке: Надежда (англ. Hope). Фьюри понимает, что всё дело в Хоуп ван Дайн, дочери Хэнка Пима. После её смерти на задании «Щ.И.Т.а» Хэнк с помощью своего уменьшающегося костюма начал мстить организации и убивать потенциальных Мстителей. Фьюри с помощью магии Локи побеждает Пима, которого арестовывают асгардцы. Локи решает остаться на Земле и становится её правителем. Фьюри находит замёрзшего во льду Стива Роджерса и вызывает Кэрол Дэнверс.

В 2016 году Доктор Стивен Стрэндж попадает в автомобильную аварию вместе со своей девушкой доктором Кристиной Палмер, в результате чего та погибает. Разбитый горем Стрэндж отправляется в Камар-Тадж и изучает мистические искусства. Там он обнаруживает Глаз Агамотто, содержащий в себе Камень Времени, который способен управлять временем, но Древняя и Вонг предупреждают Стивена, что это опасно и его действия могут разрушить реальность. Через два года после смерти Палмер в попытке спасти её Стрэндж несколько раз использует Глаз Агамотто, чтобы перемотать время, но каждый раз Кристина погибает. Появляется Древняя и говорит Стивену, что смерть Кристины Палмер — это «абсолютная точка» во времени, которую нельзя изменить или отменить, но Стрэндж отказывается слушать. Используя силу Тёмного измерения, Древняя раздваивает Стрэнджа: один Стрэндж принимает смерть Палмер, а другой поглощает силы магических существ и становится «Верховным» Стрэнджем. Он побеждает свою добрую версию и поглощает её. Используя всю поглощённую магию, «Верховный» Стрэндж воскрешает Кристину, разрывая этим реальность. «Верховный» Стрэндж просит Наблюдателя о помощи, но тот отказывается вмешиваться. Кристина снова погибает, а вселенная окончательно разрушается, оставляя раскаявшегося Стрэнджа в скорби и забвении.

В 2018 году в квантовой реальности Хэнк Пим находит свою жену Джанет ван Дайн, которая заражает его квантовым вирусом, превратившим её в зомби. Они оба возвращаются из квантовой реальности, что приводит к зомби-апокалипсису. Две недели спустя группа выживших: Хоуп ван Дайн, Питер Паркер, Баки Барнс, Окойе, Шэрон Картер, Хэппи Хоган и Курт, — узнают о существовании лагеря в Нью-Джерси, в котором разрабатывается лекарство от вируса. По пути туда они теряют Хэппи и Шэрон, а заражённая Хоуп жертвует собой, позволяя группе добраться до лагеря. Там они обнаруживают Вижна, чей Камень Разума побеждает вирус. Однако оказывается, что Вижен специально заманивает выживших, в числе которых Скотта Лэнга и Т’Чалла, в лагерь, чтобы скормить их заражённой Ванде Максимофф, поскольку её силы отвергают лечение. Ванда вырывается на свободу. Баки, Курт и Окойе погибают, а Вижен вырывает из своей головы Камень Разума и передаёт его Паркеру. Брюс Бэннер превращается в Халка и сражается с Вандой, давая остальным возможность сбежать. Питер, Скотт и Т’Чалла направляются в Ваканду, чтобы распространить энергию Камня Разума по всей планете. Однако Ваканду осаждает армия зомби во главе с заражённым Таносом с почти полной Перчаткой Бесконечности.

В 2010 году в Афганистане конвой Тони Старка попадает в засаду террористической организации «Десять колец», но его спасает Эрик «Киллмонгер» Стивенс. Вернувшись в Stark Industries вместе со Старком, Киллмонгер раскрывает причастность Обадайи Стейна к заговору против Старка, а затем помогает Тони построить дрона-гуманоида из вибраниума. Для создания армии дронов требуется больше вибраниума, поэтому Джеймс Роудс отправляется к контрабандисту Улиссу Кло, чтобы заключить сделку. По просьбе Киллмонгера Кло сообщает о сделке вакандцам и тем самым выманивает Т’Чаллу. Киллмонгер убивает Т’Чаллу и Роудса, забирает вибраниум и подстраивает всё так, будто они убили друг друга. Старк, узнав об этом, пытается противостоять Киллмонгеру, но тот убивает его, выставив смерть Старка результатом нападения вакандцев. Затем Киллмонгер убивает Кло и встречается со своей семьёй в Ваканде. Таддеус Росс отправляет армию дронов на Ваканду, но Киллмонгер помогает вакандцам отразить атаку. Эрик становится новой Чёрной пантерой. Армия США готовится к войне с Вакандой, поэтому сестра Т’Чаллы, Шури, предлагает помощнице Старка Пеппер Поттс остановить Киллмонгера.

В 965 году после войны между Асгардом и Ледяными великанами Один обнаруживает брошенного ребёнка Ледяного великана и возвращает того его отцу Лафею. Годы спустя сын Одина, Тор, вырастает и становится буйным принцем, предпочитающим проводить время на вечеринках. Когда Один впадает в сон, а Фригга уходит на солнцестояние, Тор вместе с Сиф и Воинствующей троицей отправляется на Землю, чтобы устроить масштабную вечеринку, пригласив инопланетян со всей галактики. Прибытие Тора на Землю привлекает внимание Джейн Фостер и Дарси Льюис, которые выслеживают его в Лас-Вегасе и в итоге присоединяются к вечеринке. На следующий день с Джейн связывается «Щ.И.Т.», агенты которого предлагают устранить Тора, поскольку его появление привело к инопланетному вандализму. Мария Хилл вызывает на Землю Кэрол Дэнверс, которая вступает в бой с Тором, но в конечном счёте терпит поражение. Хилл предлагает Дэнверс заманить Тора на открытую местность в Сибири, где ей не придётся сдерживать свои силы. Джейн, выступающая против плана Марии Хилл, умудряется связаться с Хеймдаллем, который телепортирует её к Фригге, позволяя объяснить ситуацию. Кэрол Дэнверс и Тор готовятся к новому бою, но вмешивается Фригга и объявляет о своём скором прибытии, заставляя испуганного Тора убрать беспорядок на Земле. После всего Тор приглашает Джейн на свидание. Вдруг в портале появляется армия беспилотных роботов во главе с альтернативной версией Альтрона, собравшего все Камни Бесконечности и взявшего под контроль тело Вижна.

В 2015 году Альтрону удаётся заполучить тело Вижна из вибраниума, которое содержит Камень Разума. Андроид побеждает Мстителей и устраивает глобальную ядерную катастрофу, уничтожая большую часть человечества. На Землю прибывает Танос для завершения сбора Камней Бесконечности в свою перчатку, однако Альтрон с помощью Камня Разума разрубает титана пополам и забирает все пять Камней. С помощью всех шести камней он создаёт огромную армию дронов, чтобы уничтожить всю жизнь во вселенной. Одна из выживших в космосе, Кэрол Дэнверс, пытается остановить Альтрона, но тот убивает её. На Земле Клинт Бартон и Наташа Романофф находят в Сибири копию сознания Арнима Золы и пытаются загрузить её в разум Альтрона, чтобы уничтожить искусственный интеллект. Зола подключается к телу одного из дронов, а Бартон жертвует собой, чтобы позволить Романофф и Золе сбежать. Но загрузка разума Золы в разум андроида завершается неудачей, поскольку разум и тело Альтрона больше не находятся в их вселенной: андроид узнаёт о существовании Мультивселенной. Альтрон нападает на Наблюдателя, находящегося вне измерений. В ходе боя они перемещаются по Мультивселенной и в итоге андроид побеждает. Альтрон готовится уничтожить бесчисленные вселенные, а сбежавшему Наблюдателю приходится обратиться за помощью к «Верховному» Стрэнджу.

Наблюдатель вербует «Верховного» Стрэнджа, Капитана Картер, Звёздного Лорда — Т’Чаллу, Тора-тусовщика, Чёрную пантеру — Киллмонгера и вариант Гаморы, убившей Таноса^[a], из их вселенных и создаёт команду «Стражей Мультивселенной» для сражения с Альтроном, атакующим мультивселенную. Команда отправляется в необитаемую часть вселенной для подготовки к битве, но Тор случайно привлекает внимание Альтрона. В разгар битвы Т’Чалла крадёт Камень Души у Альтрона, и команда сбегает в исходную вселенную Альтрона, где к ним присоединяется Наташа Романофф. Альтрон сражается со Стражами и почти побеждает их, но Наташа при поддержке Пегги поражает Альтрона стрелой, содержащей разум Арнима Золы. Тот уничтожает разум Альтрона изнутри, а Киллмонгер предаёт команду и забирает Камни себе. Зола, контролирующий тело Альтрона, борется с Киллмонгером за контроль над Камнями. «Верховный» Стрэндж и Наблюдатель заключают их в карманное измерение, чтобы Стрэндж мог следить за ними. Наблюдатель возвращает Стрэнджа, Пегги, Т’Чаллу, Гамору и Тора в их исходные вселенные. Наташа отказывается возвращаться в свою разрушенную вселенную, поэтому Наблюдатель отправляет её во вселенную, где Хэнк Пим убил Мстителей, чтобы Наташа помогла в войне против Локи. В сцене после титров Пегги в своей исходной вселенной вместе с Наташей Романофф находят броню «Крушителя „Гидры“», внутри которой кто-то находится.