亚美莉亚（玛格丽特·库里MargaretQualley饰）雇佣了打手杰克逊（罗素·克劳RussellCrowe饰），委托他帮助自己摆脱正在监视自己的私家侦探霍兰德（瑞恩·高斯林RyanGosling饰），哪知道在完成任务的过程中，杰克逊发现，一个远比霍兰德危险得多的人亦在监视着亚美莉亚的一举一动，更糟糕的是，亚美莉亚随后失踪了，无奈之下，杰克逊只得再度找到霍兰德，要求他寻找亚美莉亚的下落。之后，霍兰德的女儿霍莉（安格瑞·赖斯AngourieRice饰）也加入了行动当中，随着调查的深入，越来越多的线索被联系到了一起，越来越多的角色被卷入这个巨大的阴谋之中。

自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼RobertDowneyJr.饰）为前所未有的焦虑症所困扰。他疯狂投入钢铁侠升级版的研发，为此废寝忘食，甚至忽略了女友佩珀·波茨（格温妮斯·帕特洛GwynethPaltrow饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利BenKingsley饰）制造了一连串的爆炸袭击事件，托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。未过多久，托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔RebeccaHall饰）在家中遭到猛烈的炮火袭击，几乎丧命，而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯GuyPearce饰）及其终极生物的研究有关。即使有精密先进的铠甲护身，也无法排遣发自心底的焦虑。被击碎一切的托尼，如何穿越来自地狱的熊熊烈火……

一艘宇宙飞船坠落地球，正在执行军事任务的狙击手奎因·麦肯纳（波伊德·霍布鲁克饰演）恰好遭遇外星人并发生激战，侥幸逃脱的他捡到了外星人的装备并寄回了家想再做他用。传说这种被称为铁血战士的外星人曾数次光临地球，使用各种残忍的手段对人类进行猎杀游戏。而这一次，奎因的儿子罗里收到包裹后意外触发机关，引来了更强大的终极铁血战士降临地球。而想要阻止其大开杀戒的却是一群问题士兵和一位生物科学家凯茜·布拉克（奥立薇娅·玛恩饰演）。事情却远不像他们想象的那样简单，一场铁血、终极铁血与人类之间的三方猎杀大战正式拉响！