一股突如其来的强大邪恶势力对地球造成致命威胁，没有任何一个超级英雄能够单独抵挡。长期致力于保护全球安危的神盾局（SHIELD）感到措手不及，其指挥官“独眼侠”尼克·弗瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）意识到他必须创建一个“史上最强”的联盟组织， 云集各方超级英雄一起发威，才能拯救世界于水深火热，抵御黑暗势力的侵袭。于是由六大超级英雄——“钢铁侠”（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）、“雷神” （克里斯·海姆斯沃斯 Chris Hemsworth 饰）、“美国队长”（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）、“绿巨人” （马克·鲁弗洛 Mark Ruffalo 饰）、“黑寡妇”（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和“鹰眼”（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）组成的 “复仇者联盟”应运而生。他们各显神通，团结一心，终于战胜了邪恶势力，保证了地球的安全。

自环球影业宣布《谍影重重4》的摄制计划起，马特·戴蒙(Matt Damonamon)与保罗·格林格拉斯(Paul Greengrass)是否再度加盟就成为了一直以来悬而未决的话题。 最近本片的编剧兼导演托尼·吉尔罗伊(Tony Gilroy)称戴蒙将不再参演本片，同样随之消失的还有杰森·伯恩这个角色。吉尔罗伊表示前三集的故事是本集故事的导火索，他希望在这部作品中描述一个更大的阴谋，并且将为杰森·伯恩未来的故事埋下伏笔。

美军侵入伊拉克后，上士威廉姆斯•詹姆斯（杰瑞米•雷纳 Jeremy Renner 饰）被调入陆军亡命连拆弹组，接替刚在巴格达执行任务中牺牲的同事。拆弹组另两人，负责联络的士官桑波恩（安东尼•麦凯 Anthony Mackie 饰）和负责掩护的特种兵欧文（布莱恩•杰拉蒂 Brian Geraghty 饰）对意气用事的威廉姆斯相当反感。但在联合国大楼的拆弹行动中，抗拒命令强行拆弹的威廉姆斯却得到上校瑞德（大卫•莫尔斯 David Morse 饰）的赞赏。在一次仓库拆弹任务中，威廉姆斯认为被用作尸体炸弹的伊拉克小男孩是他在军营认识的卖盗版DVD的贝克汉姆（克里斯托佛•萨伊 Christopher Sayegh 饰）。小贝克汉姆的死让威廉姆斯更为疯狂，竟私离军营单枪匹马入城调查…… 本片荣获2010年第82届奥斯卡最佳影片、最佳导演、最佳原创剧本、最佳剪辑、最佳音效剪辑、最佳音响效果等6项大奖。

美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）带领着全新组建的复仇者联盟，继续维护世界和平。然而，一次执行任务时联盟成员不小心造成大量平民伤亡，从而激发政治压力，政府决定通过一套监管系统来管理和领导复仇者联盟。联盟内部因此分裂为两派：一方由史蒂夫· 罗杰斯领导，他主张维护成员自由，在免受政府干扰的情况下保护世界；另一方则追随托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰），他令人意外地决定支持政府的监管和责任制体系。神秘莫测的巴基（塞巴斯蒂安·斯坦 Sebastian Stan 饰）似乎成为内战的关键人物……

最先与灭霸军团遭遇的雷神索尔一行遭遇惨烈打击，洛基遇害，空间宝石落入灭霸之手。未几，灭霸的先锋部队杀至地球，一番缠斗后掳走奇异博士。为阻止时间宝石落入敌手，斯塔克和蜘蛛侠闯入了敌人的飞船。与此同时，拥有心灵宝石的幻视也遭到外星侵略者的袭击，为此美国队长、黑寡妇等人将其带到瓦坎达王国，向黑豹求助。幸免于难的索尔与星爵一行相逢，随后他们兵分两路。索尔与火箭、格鲁特踏上再铸雷神之锤的旅程，星爵则与卡魔拉等人试图阻止灭霸的恶行。而知晓灵魂宝石下落的卡魔拉，同样是其义父灭霸追踪的对象。 攸关整个宇宙命运的史诗战役全面展开，超级英雄们为了平凡而自由的生命奋不顾身……