距今50多年前，一艘来自赛博坦的飞船坠落月球，由此引发了美苏两国的太空竞赛。人类争相登上月球，只为一探飞船残骸中的秘密。时间回到21世纪初，经过几番征战，汽车人终于挫败霸天虎的入侵，继而与人类合作，共同保卫美丽的地球。然而发生在切尔诺贝利的事件却将尘封已久的月球计划重新摆到桌面。为了防止霸天虎找到能量柱为非作歹，擎天柱与战友飞赴月球，更从当年的飞船中救出了汽车人的先代领导者——御天敌。御天敌是能量柱的发明者，将上百根能量柱集合在一起便可制造太空桥，实现物质的瞬间传送。
忙着找工作以及和女友卡莉（罗茜·汉丁顿-惠特莉 饰）经营爱情的山姆（希亚·拉博夫 饰）无可避免地卷入其中，他渐渐发现霸天虎的操纵一切的阴谋，却不知更大的阴谋和危机隐藏在那月影背后……

艾迪是一位深受观众喜爱的新闻记者，和女友安妮相恋多年，彼此之间感情十分要好。安妮是一名律师，接手了生命基金会的案件，在女友的邮箱里，艾迪发现了基金会老板德雷克不为人知的秘密。为此，艾迪不仅丢了工作，女友也离他而去。 之后，生命基金会的朵拉博士找到了艾迪，希望艾迪能够帮助她阻止德雷克疯狂的罪行。在生命基金会的实验室里，艾迪发现了德雷克进行人体实验的证据，并且在误打误撞之中被外星生命体毒液附身。回到家后，艾迪和毒液之间形成了共生关系，他们要应对的是德雷克派出的一波又一波杀手。

由于一怒杀害了强拆牺牲战友房子的恶霸，屡立功勋的冷锋（吴京 饰）受到军事法庭的判决。在押期间，亲密爱人龙小云壮烈牺牲。出狱后，冷锋辗转来到非洲，他辗转各地，只为寻找杀害小云的凶手。在此期间，冷锋逗留的国家发生叛乱，叛徒红巾军大开杀戒，血流成河。中国派出海军执行撤侨任务，期间冷锋得知有一位陈博士被困在五十五公里外的医院，而叛军则试图抓住这位博士。而从另一位华侨（于谦 饰）口中得知，杀害小云的凶手正待在这个国家。
在无法得到海军支援的情况下，冷锋只身闯入硝烟四起的战场。不屈不挠的战狼，与冷酷无情的敌人展开悬殊之战……