开场阿斯加德人遭到了灭霸的袭击，他们对附近发出了求救讯号，抵抗已经失败，乌木喉跨过死者，受伤的海姆达尔躺在地上，洛基被黑暗教团包围，灭霸一个人船首把托尔带到他面前，问是要他哥的头还是空间宝石。
过程中灭霸说了他失败的感受，索尔喷他话太多，并且告诉了观众一星期前柴达被毁，力量宝石被夺走。
灭霸使用力量宝石烧托尔脑袋时，洛基虽然表示不在乎，但还是放弃了坚持，交出了宝石，这个时候却告诉灭霸他们还有浩克（妇联1铁人对洛基说我们还有浩克的梗），浩克借着这个机会突袭了灭霸。
一开始轻松压制灭霸，但灭霸没有任何损伤或感觉，被打进船体以后开始反杀，黑矮星想帮灭霸，乌木喉说让灭霸玩玩吧。
灭霸完全靠肉搏碾压打爆了浩克，并且一点伤都没受，几招过后浩克就彻底失去了战斗能力，而灭霸连宝石都没有用。
海姆达尔利用最后的力量，将浩克传送到地球的纽约圣所警告人类，自己也被人发现，灭霸用亡刃的武器杀了他。
乌木喉把宇宙立方献给了灭霸，灭霸脱掉了盔甲，捏碎立方，拿出宝石以后洛基想再次投诚，说了一连串头衔和身份后，最后说出了自己是奥丁之子，索尔明白的看到洛基想刺杀灭霸，结果被灭霸用宝石压住失败，托尔因为嘴被乌木喉封住说不了话，只能眼睁睁看着洛基被活活掐死，洛基临死时说灭霸永远无法成为神。
灭霸最后用力量宝石炸毁了飞船，自己则用空间宝石和黑暗教团一起离开。
浩克利用彩虹桥飞到地球，落在纽约圣所，这时王正要跟奇异博士去吃午餐，但王表示钱财乃身外之物影响修行，最后只有一丁点卢比，还是没钱要让奇异博士拿，还没走出去前，浩克就掉了下来，变成了班纳。
两个人看着班纳，跟着出现了复仇者联盟：无限之战的标题。
中央公园，斯塔克跟小辣椒在散步运动，讨论到要生孩子的事，斯塔克对自己的孩子有预期，但小辣椒认为这不是斯塔克想要的，两个结婚了，当天就要举办婚礼，争论时奇异博士和王出现，并且带来了班纳。
之后他们到了圣所，班纳告诉了所有事情给斯塔克，之前播出片段里有，然后开始争论怎么对付灭霸和处理无限宝石，斯塔克认为毁掉或扔掉最好，并且加上性格原因，跟奇异博士处不来关系，两个人有矛盾。
班纳从斯塔克那知道了内战的事情，并且要求斯塔克找美队来帮忙，斯塔克同意班纳的劝说，打电话前Q飞船袭来，四个人被迫出去观看，很快靠奇异博士和铁人，把好几个街区完全清理干净。
另一方面小蜘蛛看到了飞船，就穿上衣服赶了过来。
纽约方面乌木喉与黑矮星降临，开始了与乌木喉和黑矮星的战斗，斯塔克要求奇异博士藏起来避免被抢走宝石，让班纳变身却只是变绿了没有用，浩克拒绝出现所以干脆躲起来，一开始黑矮星看起来好像不堪一击立刻就被打垮，之后是乌木喉一个对付另外几人，斯塔克用纳米技术制造了新的盔甲，可以随时变成任何武器或需要的形状。跟乌木喉打斗一阵过后立刻被黑矮星的大锤突袭，锤子是有链条可以伸缩或飞行的，直接将斯塔克打出了几个街区以外。
之后战斗中小蜘蛛赶来救场，飞走的班纳抽自己嘴巴要求浩克出来（这个笑点特别好），奇异博士也被单杀，但因为宝石有咒语，所以乌木喉拿他没办法，只能打包带走。
但奇异博士的袍子救了他，乌木喉开始追击，双方争斗一阵以后，乌木喉直接带走了博士，黑矮星跟斯塔克打了一阵以后被王放逐到另外一个地区，斯塔克因此谢谢王说婚礼请他。
然后跟蜘蛛联系完加大速率追击离开地球的飞船，并且从新妇联基地带来了小蜘蛛的新套装，也是纳米技术但只表现在头盔穿戴上，虽然斯塔克赶走了小蜘蛛，但他靠自己留在了飞船上。
跟着就进入了飞船内部离开了地球。
另外的太空里，银河护卫队五个人抵达了阿斯加德人飞船的残骸现场，因为觉得有人求救就可能有钱赚，结果到了的时候却发现无人生还（即便索尔后来说是杀了一半阿斯加德人，但我不知道那一半怎么生存）
雷神醒来以后很快就接受了现实，准备立刻起程去矮人的地盘打造能跟灭霸战斗的武器，跟卡魔拉对话时星爵吃醋故意找茬，卡魔拉认为别搞这些无聊的东西，关键是阻止灭霸，于是分兵合作，浣熊对武器感兴趣，一直都想去矮人的地盘看看，就跟着索尔和树人一起去了。
卡魔拉之后在飞船上对星爵表示，有一个灭霸不知道的事情，但她知道，如果自己被抓了，要求星爵一定要杀死自己，以他母亲的名义发誓。
回到地球，幻视偷偷出来跟女巫私会，两个人对去留都有疑问，都希望留下来不要再走，安定的陪伴对方，过程里看到了电视上纽约的战斗，并且新闻说斯塔克失踪。
跟着突然间亡刃刺穿了幻视，比邻星偷袭女巫，两个人被打的措手不及，很勉强的狼狈逃走，黑暗教团夫妻档却紧追不舍，战斗力幻视不及亡刃，虽然女巫给他做了修复但效果不大，敌人一直追杀他们到火车站，这个时候队长登场，比邻星扔出武器，但猎鹰突然袭击，踹飞了她，黑寡妇从背后偷袭亡刃，用他自己的武器打伤他自己，跟着变成了三打一，亡刃瞬间被击垮，比邻星回来保护亡刃，跟着就是一连串操作后两个人被打败，最后被飞船的光线救走。
镜头再转到宇宙里，卡魔拉之前有一段回忆，讲述她的母星被袭击，一半人被杀一半人幸存，灭霸看到了她，很喜欢她并且用一把武器展示给她看什么是平衡，说生命无限增长，但资源有限，终归便引发崩溃，所以他要平衡来拯救生命与宇宙。
回到现在，银河护卫队剩下的四个人到了Knowhere，也就是第一部天神组的脑袋，发现那里已经荒废了，结果抵达后偷听到灭霸和收集者讨价还价，毁灭者愤怒难以抑制，想要先行攻击，结果被螳螂女晕睡，倒下时的声音引来灭霸注意，卡魔拉和其他人都不听星爵计划的安排。
但卡魔拉却突袭得手，刺中了灭霸的脖子，之后又用小时候给她的武器刺中灭霸心脏，灭霸倒在地上死亡。
卡魔拉为此大哭并且非常的伤心，收集者在后面的柜子里拍手叫好。
没一会儿，却听到灭霸说话，他认为卡魔拉还是关心自己的，跟着才发现灭霸已经拿到了现实宝石，并且刚才他们看到的一切东西，都是灭霸用宝石制造出来的幻象而已，整个Knowhere早就被灭霸打成了一片火海，屠杀所有的住民，他们以为废弃的景象都是假的，螳螂妹与毁灭者想要帮忙，结果却被现实宝石切成了块和条状物。
星爵走出来跟灭霸对峙，灭霸用卡魔拉做要挟（我觉得这段逻辑有问题，灭霸为什么不立刻灭掉星爵呢？非要解释的话我们可以脑补就是灭霸知道星爵与卡魔拉的爱情，想要测试和观看反应。）
最后星爵狠下心开火，喷出的却是泡泡，灭霸表示星爵有种，带着卡魔拉就跑了。
去矮人的地盘过程里，托尔跟浣熊说自己已经没什么好失去的了，朋友死了兄弟死了，父母死了甚至是敌人的姐姐也死了，连臣民都没有，浣熊表示我还有很多可以失去，反应出他的人物改变，过去浣熊是什么都不怕因为没有好失去的，现在是怕死，星爵也表示过浣熊跟索尔走是因为怕灭霸。
抵达矮人的锻炉后，他们发现了一个无限手套的模子，结果遭到矮人的攻击，也就是小恶魔的扮演者，之后说了灭霸曾经来过这，要挟矮人给他制造一个能控制无限宝石的东西，也就是实锤了无限手套是矮人们制造出来的（所以说之前的设定呢？无限手套漫画里的来源我不清楚，但电影里起码是很多年以前就登场的，矮人的和阿斯加德人的反射弧是多长？这明显是剧情BUG或有冲突或吃书）
小恶魔认为索尔应该保护自己，埋怨他们，而灭霸得到手套以后还是杀了所有矮人，只留下小恶魔还砍了他的手，小恶魔给自己装了机械手。
因为矮人全灭，包围恒星的戴森球锻炉被冻结，于是雷神跟浣熊开始用飞船拽动星球机关，飞船拽着绳子，雷神握住绳子当挂钩，把整个锻炉重启，可意外的是锻炉零件坏了打不开，大锤就自告奋勇去当支柱，撑开了恒星的热能出口，矮人也就有机会给他制造武器，一把阿斯加德最强的武器。
托尔后来顶了一阵就掉落回空间站，一直什么都不做走路都在打游戏的树人，因为看到小恶魔找不到手柄，所以忍着痛把还在燃烧的斧头与锤子连接在一起，然后自己砍断了手臂当做握柄，几乎死亡的索尔得到了风暴之锤的支援并且暗示有了更强的力量。
（所以托尔你明显还是锤神而不是雷神，众神之父在忽悠你。）
跟着Q飞船飞走的奇异博士斯塔克与小蜘蛛三人组，博士被乌木喉用外科手术的器具虐待逼供交出宝石容器的咒语，跟着斯塔克发现了小蜘蛛没走，虽然生气还是接受了，之后斯塔克主动现身吸引注意力，还没开打斯塔克就炸开了船体，乌木喉反应不及被吸出了飞船死亡，袍子和小蜘蛛二连接力救下了博士，斯塔克则用纳米技术修补了船体。
之后他们互相斗嘴，奇异博士不感恩，并且对斯塔克的计划不认同，还说如果到了必要的时刻，会忽略他们的生死去保护时间宝石。
最后他们决定去Q飞船的目的地，也就是泰坦星。
灭霸的飞船上，卡魔拉和灭霸斗嘴，灭霸觉得卡魔拉饿了给女儿拿吃的，卡魔拉却不领情，之后两个人讨论了一些父女和身份的问题，尤其是关于灭霸屠杀星球的道理，灭霸说卡魔拉的家乡星球原先到处是饥饿和死亡，现在产生在那的孩子却从来不知道什么是饥饿与烦恼，想要证明自己是对的。
灭霸带卡魔拉去看刺杀自己失败被分解的星云，用宝石给星云大量痛苦来让卡魔拉告诉自己一个秘密。
也就是卡魔拉之前替灭霸寻找灵魂宝石的下落，卡魔拉找到了却烧了地图，这件事储存在星云脑袋里，然后被灭霸读取出来，卡魔拉之前撒谎说不知道，被当面戳穿后灭霸愤怒的认为从来没教过卡魔拉说谎。
两个人后来到了灵魂宝石储存的星球上，遇到了一个守门人，也就是失踪已久的红骷髅，红骷髅被宝石放逐和诅咒到此地，带领灭霸与卡魔拉抵达了这里。
获得灵魂宝石的代价是献祭自己最爱的事物，一开始卡魔拉很高兴，认为灭霸是没有感情也不懂爱的，然而灭霸却哭了，卡魔拉不敢相信，因为灭霸是真的把自己当女儿看。
灭霸说自己以前错过一次，这回不能再犯错了，哭着把卡魔拉扔下了悬崖后卡魔拉摔死在坑洞底部。
跟着灭霸醒来发现自己躺在这星球的水面，手上已经多了一颗灵魂宝石。
他的飞船上，星云找机会杀死了守卫，夺取了飞船后开往泰坦星。
再回地球，战争机器靠机械辅助行走，跟作为国务卿的将军讨论自己的处境和对内战的看法，还有幻视离队的问题，表现出了后悔，之后队长他们现身，国务卿要求战争机器逮捕，结果战争机器加入了队长的队伍，班纳也在战争机器那，见到了黑寡妇，并且带来了灭霸的警告，还探讨怎么处理心灵宝石，结论是想办法毁掉，但首先要摘除宝石，而幻视认为死自己一个无所谓，其他人却希望能救下幻视再说毁掉宝石的事情。
他们一行人知道国务卿会追捕和阻挠，于是到了瓦坎达寻求黑豹庇护与协助帮忙，重新遇见了巴基，黑豹也提前得知要面对灭霸。
泰坦星上，坠落下来的飞船打开后，银河护卫队与三人组相遇，双方打了一阵搞清楚是友军，然后商量了针对灭霸的计划，奇异博士用时间宝石思考了140005个未来，但能获胜的只有一个。
美队等人刚刚抵达瓦坎达，Q飞船就进攻了地球，运输大量的先锋卫落地，有一艘直接砸在保护墙上毁灭了，反映出瓦坎达墙壁有多坚固，哪怕外星军队也打不开，基本跟外星人持平了。
黑矮星跟比邻星隔墙跟美队他们见面，说不会像上次那样了，还说他们有的是人，放出了海量的先锋卫，先锋卫跟动物一样冲锋，保护墙能切断他们的身体，但这群野兽还是毫不畏惧死亡，靠着同胞临死时拉开的洞，有一些零散的冲了进来。
黑豹意识到如果这样下去也许能防守，但会有一些冲到城市里威胁妹妹与幻视摘掉宝石的进程，于是主动要求打开一个口子，吸引了全部火力，众人在草原上开始战斗。
泰坦星上，同样的战斗开始了，灭霸利用空间宝石抵达了此地。博士一个人坐在废墟上，灭霸给博士讲述了他的动机，并且用现实宝石还原了过去泰坦星的岁月。
说他认为资源有限，而人口不断增长会威胁星球的稳定，当时他劝说族人随机抽签杀死一半人，不分年龄、男女、贫富，是非常公平的做法，奇异博士问他消灭全宇宙的一半人口后会怎么样，灭霸说到时候会找个地方退休，也许宇宙会有一天把他当英雄来看待。
跟着两个人开始战斗，奇异博士说我们不会让你得逞，灭霸反应过来不对劲，刚说出“我们”，就开始被一群人一齐袭击，铁人、毁灭者、星爵、小蜘蛛、奇异博士几个人拿他几乎是没有办法，但一直通过各种控制手段不让他的拳头合上来使用无限宝石（没错，为了不让灭霸太无敌，加了这个设定，握拳才能用。）
最后通过奇异博士传送，螳螂妹从天而降，脑控了灭霸，但灭霸太强大，控制不了多久，其他人这个时候趁机摘手套，可因为星爵好奇卡魔拉的去向，在询问时知道了结果，更愤怒于灭霸明明杀了卡魔拉还在哀悼女儿与自责，于是控制不了自己攻击灭霸，结果打翻了螳螂妹，灭霸彻底失去控制。
几乎脱手的手套被灭霸拽住，力量宝石瞬间击晕螳螂毁灭者与星爵，小蜘蛛一个人救助他们，铁人与博士勉强支撑，灭霸又用手套扯下了卫星的碎片，压制了他们。
瓦坎达的地球战场，前线战斗非常吃紧，几乎就要打输的时候，大锤通过彩虹桥抵达了此地（新武器可以自己开彩虹桥了）
这一段非常非常的燃，音乐配的也很好，托尔非常愤怒，大喊叫灭霸滚出来，风暴之锤飞出去时会制造闪电，原先的雷神之锤基本就还是物理攻击。
战斗中浣熊还被巴基抓起来，两个人转圈扫射，浣熊问武器哪来的，巴基说非卖品，浣熊不甘心又习惯性地问手臂哪来的。
树人战斗时托尔给美队介绍，树人说我是格鲁特，美队说我是史蒂芬罗杰斯。
后方亡刃偷袭了实验室（不知道从哪来的，这个地方能说道说道），黑豹妹妹斗不过，幻视只好暂停摘除开始肉搏，可还是被亡刃压制，前线那面黑暗教团为了突破防线，释放了从地底穿过的挖掘机器，一路滚了过来，女巫在此前因为看到前面撑不住，所以主动下场阻止了挖掘机，也导致亡刃来时后方无人。
挖掘机被阻止后，又被女巫反过来利用碾压了先锋卫，一瞬间占据就改变。
比邻星突击了女巫，女巫差点被杀，好在有奥克耶跟黑寡妇两个人，他们合作跟比邻星战斗勉强四六开，最后女巫恢复过来用挖掘机压死了比邻星。
幻视被打垮以后美队与班纳来救援，亡刃对美队，班纳对黑矮星，黑矮星在纽约战斗被传送流放时遭传送门切手，新的手是可以变形的武器，基本上是完全碾压了穿反浩克装甲的班纳，最后班纳用当初斯塔克对付浩克的招数，用一只手套住了黑矮星，把他往瓦坎达的保护墙上撞，碰到保护墙的东西会爆炸或被切断，黑矮星就在一阵摩擦中变成了烟花（全片无台词，默哀。）
美队打亡刃打的很艰苦，单挑被压制，这时亡刃想给美队重创，但背后却遭幻视用他自己的武器刺穿杀死，跟他一开始袭击幻视时一样。
先锋卫们开始撤退逃走，雷神不放过，开始攻击想跑的飞船，一下就炸毁了一整艘，战斗力完爆老版本大锤。
再回泰坦星，战斗进入尾声，有一些地方次序我不是特别记得了，不过基本是如此。
卫星碎片落干净以后，小蜘蛛负责保证晕厥三人组的安全，铁人被压在废墟下，博士一个人开大跟灭霸单挑，使用了大量分身，还有一个看起来绝对是终极技能的大招，也就是灭霸在预告里跳起来时，脚下那个红色的光线。
但因为力量悬殊，博士还是被打爆了，但容器里没有宝石，博士早就把宝石藏起来（星云也开飞船来，但也是打不过）
最终，就是铁人跟灭霸单挑，守护其他人。
这一作里铁人战斗力可以说非常非常强，用了剑、盾、固定器，各种手段避免灭霸用无限手套。
他跟灭霸单独互相后打了很久，找到机会后最大速度助推用尽全力只在灭霸脸上打了个小伤口，跟着盔甲越打越少，中途斯塔克试图用非常强的能量束抵挡灭霸靠近，但灭霸靠宝石还是到了他身边，而观众能看到斯塔克把身上的零件全都集中到武器和能量消耗上，以至于身后不少地方都没有了盔甲，可还是阻止不了灭霸。
到最后灭霸甚至不用宝石能力，徒手打爆了斯塔克的盔甲，斯塔克用最后的残片制作了一把匕首，靠这东西做最后挣扎，灭霸反过来用匕首刺回了斯塔克体内，斯塔克身上的盔甲也基本全部消失，坐在一片废墟上等死。
灭霸开始跟斯塔克对话，他认识斯塔克，斯塔克很惊讶，而灭霸觉得他们两个是一类人，掌握知识的孤独科学家，还有些敬佩，准备杀死斯塔克时，奇异博士发话了。
如果灭霸愿意放过斯塔克，他就交出宝石，灭霸说不要耍花招，奇异博士果然给了出去。
灭霸拿到宝石后立刻就走了，斯塔克却不解为什么，这和之前奇异博士对他们的态度与说法完全相反，表现出了暖心的同伴互助。
地球上，美队等人开始集中在幻视身边，察觉到了有什么大威胁毕竟，灭霸果然出现，但所有人所有的战斗，对他来说都是徒劳，没有任何人撑得住超过一招，黑豹一拳就被打垮，只有美队挡住灭霸一阵，也就是灭霸的手和美队互相拼力量，之后灭霸就一拳打飞了队长。
幻视要求女巫毁掉宝石，女巫靠自己的力量一手阻止灭霸靠近，一手蓄力破坏宝石，灭霸碰到女巫前宝石爆炸，幻视被炸成碎片，女巫很伤心的在哭，灭霸却不感到意外，还说孩子我能理解你的心情，在今天我失去的也够多了，但时间已经不再重要。
跟着用时间宝石恢复了幻视，徒手捏碎了振金的额头，摘下了宝石后完成了无限手套与六颗宝石的收集。
就在他没注意的时候，托尔杀了过来，用风暴之锤跟有六颗宝石的灭霸在对抗，结果是风暴之锤打破了宝石制造的力量屏障，砸进了灭霸的体内，托尔跳下来问你都做了什么，灭霸反而笑了，说你该打头的。
跟着使用了无限宝石，进入了另一个世界，背景跟取得灵魂宝石的星球一样，并且在汪洋上看见了小时候的卡魔拉站在一栋中式风格的建筑下。
卡魔拉问灭霸，你做完了，都付出了什么，灭霸回答说，一切。
灭霸回到了现实，所有事情都没改变，他还被刺着心口接近拼死，无限手套却焦黑，他立刻开启新空间逃走了。
整个战役就此结束。
地球的超级英雄们没反应过来发生了什么，巴基却变成了尘土和粉末第一个死亡，再紧接着有越来越多人变成飞灰，树人、女巫、黑豹、猎鹰都没能幸免，全部死亡。
泰坦星上，侥幸存活的斯塔克，和恢复意识的三人组再次见面，星爵有点自责，螳螂妹说宇宙了有些奇怪，有事情要发生了，跟着第一个死去。
之后是毁灭者，再之后是星爵。奇异博士说就是这样了，也一齐死去。
最后，只剩下星云、斯塔克与小蜘蛛，小蜘蛛却也发现了身体不对劲，哭着说不想死，斯塔克安慰他不会的，跟父亲一样搂住了小蜘蛛，然而小蜘蛛还是在他怀里死去。
斯塔克处于深深的自责中，仅剩下星云和他没有死去。
灭霸来到了一处世外桃源，有较为原始的屋子，身上没有伤口，好像完成了任务一样看着远方，电影到此结束。
妇联3没有一如既往的结尾动画主创人员字幕表，但所有的表都播完后，最后的最后，会有一段讲地球陷入半数人口消失时的情况，局长和希尔在街上开车，准备召集鹰眼和启动新计划（不是太确定，太快了没反应过来，都在看画面，可能是鹰眼或蚁人，反正剧情里提到他们有一人为了家里人自愿接受惩罚被软禁起来。）
然而街上发生的意外，很快就出现在希尔身上，希尔第一个死亡，局长意识到问题的严重性，用一个类似BB机的东西在点着什么，结果自己也中招，mother刚说出口，还没说标志性的后半句就死去了。
他手里的机器落在了地面，上面出现了一个星星，跟着展示出了惊奇队长的标志