美国队长、钢铁侠、绿巨人和蚁人回到了2012年“复联1”中的“纽约战役”，目标是寻找心灵宝石、空间宝石和时间宝石。

雷神和火箭浣熊回到了2013年的神国寻找现实宝石，同时也让观众重温了《雷神2：黑暗世界》。

黑寡妇、鹰眼和战争机器回到了2014年《银河护卫队》中的莫拉格星和沃米尔星，寻找心灵宝石和力量宝石。在最后关头黑寡妇牺牲了自己的生命，帮助鹰眼完成使命。

复仇者联盟在六颗无限宝石收集整齐之后，随即展开了史诗般的终极之战。