Tri týždne potom, čo Thanos s použitím Kameňov nekonečna vyhladil polovicu života vo vesmíre, Carol Danversová (Captain Marvel) zachráni Nebulu a Tonyho Starka (Iron Man) blúdiacich hlbokým vesmírom. Vráti sa späť na Zem a pripájajú sa k zostávajúcim Avengerom - Nataši Romanovovej (Black Widow), Bruceovi Bannerovi (Hulk), Stevovi Rogersovi (Captain America), Rocketovi, Thorovi a Jamesovi Rhodesovi (War Machine). Priletia k neobývanej planéte, kde žije osamelý Thanos a živí sa ako prostý farmár. Thanos im po ich útoku odhalí, že zničil Kamene nekonečna ich vlastnou silou, aby sa tak vyhubenie polovice vesmíru stalo nezvratným. Thor následne Thanosovi v hneve odsekne hlavu.

O päť rokov neskôr, Danversová odlieta do hlbokého vesmíru, Scott Lang unikne z kvantovej ríše tunelom v jeho opustenej dodávke a stretne sa nielen so svojou dcérou Cassie, ale aj Romanovovou a Rogersom. Langovi miesto piatich rokov uplynulo iba päť hodín, a navrhuje, aby časovú nestálosť v kvantovej ríši využili čoby stroj času a zabránili Thanosovmu osudnému lusknutiu. Požiadajú preto Tonyho Starka o pomoc, ale ten odmieta, pretože má s Pepper Pottsovou malú dcéru a obáva sa zmien časovej osi - hrátky s časom sú nebezpečná vec. Z toho dôvodu sa trojica obráti na Bannera (ktorý sa naučil ovládať Hulkovu stránku a zároveň zostať úplne inteligentný) a ten súhlasí, že im pomôže vyvinúť stroj času. Stark nakoniec zmení názor a pomôže Bannerovi dokončiť projekt.

S novou nádejou cestuje Romanovová do Japonska, kde sa Clint Barton (Hawkeye) stal vydedencom-zabijakom v dôsledku dezintegrácie celej jeho rodiny pred piatimi rokmi, a privedie ho späť do Ameriky. Rovnako tak cestujú Banner a Rocket do Nórska, kde preživší z Asgardu založili malú rybársku ves menom Nový Asgard. Tu nájdu Thora, z ktorého sa stal tučný opilec, a presvedčia ho, aby sa vrátil k Avengers.

Znovuzjednotenie Avengers je rozdelené do troch skupín. Banner, Rogers, Lang a Stark cestujú do New Yorku v roku 2012. Banner navštívi newyorskú Svätyňu a presvedčí Prastarú, aby mu dala Kameň času s tým, že jej ho opäť vráti. Rogers prekoná tajných agentov Hydry a jeho vlastné minulé ja a získa tak Lokiho žezlo (s Kameňom mysli), ale pokus Starka a Langa tajne ukradnúť Tesseract (s Kameňom priestoru) zlyháva a Loki s jeho pomocou uniká preč. Rogers a Stark použijú posledné ampulky s Pymovými časticami - s pomocou ktorých cestujú časom - pre cestu do roku 1970. Tu sa dostanú do ústredia SHIELD, ukradnú skôršiu verziu Tesseractu a niekoľko ampuliek s Pymovými časticami od mladého Hanka Pyma, a vrátia sa späť do budúcnosti.

Rocket a Thor cestujú na Asgard do roku 2013, aby získali Aether (s Kameňom reality) z Jane Fosterovej. To sa podarí, Thor sa opäť porozpráva so svojou matkou a získa späť svoje kladivo, s ktorým vie vyvolať elementárne búrky. Medzitým Barton a Romanovová cestujú na Vormir roku 2014 a od strážca Kameňa duše - Red Skull - zisťujú, že je nutné vykonať obeť milovaného. Nakoniec sa obetuje Romanovová, čím Barton získava Kameň duše. Toho istého roku na planéte Morag, Rhodes a Nebula ukradnú Orb (s Kameňom sily) skôr, než ho ukradne Peter Quill (Star-Lord). Rhodes sa vracia do prítomnosti aj s Orbom, ale Nebula tohto časového skoku nie je schopná v dôsledku poruchy implantátov - jej minulé ja sa prepojilo s jej budúce ja. Vďaka tomuto prepojeniu Thanos minulosti zisťuje všetko ohľadom plánov Avengers. Nebula minulosti spacifikuje svoje budúce ja a v prestrojení za ňou cestuje do budúcnosti.

Všetky Kamene nekonečna, zhromaždené v budúcnosti, použije Banner k tomu, aby vrátil všetkých, čo sa pred piatimi rokmi obrátili v prach. To napokon vyjde, ale Nebula minulosti použije stroj času na prepravu Thanosa a jeho bojového krížnika do budúcnosti, kde krížnik rozbombarduje sídlo Avengers. Gamora z minulosti, taktiež cestuje s Thanosom do budúcnosti, prejaví súcit a oslobodí Nebulu z budúcnosti, ktorá následne zastrelí svoje minulé ja. Thanos sa následne teleportuje na povrch, aby s Avengers bojoval osobne. Vysvetlí im, že chce použiť Kamene nekonečna k zničeniu existujúceho vesmíru a vytvorenie nového, lepšieho. Thanos premôže Avengers a zvolá svoju armádu, aby obkľúčili Zem. Stephen Strange však príde s posilami vrátane jeho kolegov čarodejníkov, ostatných Avengers, ktorí sa pred piatimi rokmi zmenili v prach, Strážcov Galaxie aj s Nebulou a armádou Asgardu, Wakandou a plieniteľov. Prepukne veľký boj, ku ktorému sa nakoniec pripojí aj Danversová, ktorá zničí Thanosov krížnik. Stark následne použje Kamene nekonečna k tomu, aby obrátil Thanosa a jeho armádu v prach, ale tento čin ho zabíja.

Krátko po Starkovom pohrebe, Thor menuje Valkýru kráľovnou Nového Asgardu a pridáva sa ku Strážcom Galaxie. Rogers pomocou nového stroja času vracia Kamene nekonečna späť na ich miesta v čase a sám následne zostáva v minulosti s Peggy Carterovou. V súčasnosti, Rogers už ako starec odovzdáva svoj štít Samu Wilsonovi (Falcon), z ktorého sa stáva nový Captain America. Jedna éra sa končí, druhá začína...