娜塔莎·罗曼诺夫（黑寡妇）遭遇与她的过去相关的一场危险阴谋，将直面自己那些更为黑暗的经历。一股不惜一切要击倒她的力量袭来，娜塔莎必须面对自己在成为复仇者的很久之前那作为间谍的过往，和曾远离的破碎关系。

1968 年民主党全国代表大会上的和平抗议演变成了与警察和国民警卫队的暴力冲突。抗议活动的组织者包括艾比·霍夫曼、杰里·鲁宾、汤姆·海登和鲍勃·席勒，他们被指控阴谋煽动暴乱，随之而来的审判是历史上最臭名昭著的几场审判之一。

在高华大学变异的经历总在重演，关于军方通缉的亦围绕在脑海，科学家Bruce Banner（爱德华·诺顿 饰）就在这样的梦魇下在巴西一边控制着体内的伽马辐射带来的异常，一边努力和纽约的蓝先生寻求解决办法。
在汽水生产厂房的他一日不小心割伤手指，让血滴入了汽水瓶，远销到美国的这瓶汽水暴露了他的行踪。美国军方穷尽能力追捕他，还找来求胜心切的英国霹雳将军Emil Blonsky（蒂姆·罗斯 饰）。被逼到绝路的Bruce变身为绿巨人，Emil和其他军人都大吃一惊。为了亲手擒住Bruce，Emil建议给自己注入可使基因变异的样本。
Bruce在美国隐匿时遇到旧女友Betty Ross（丽芙·泰勒 饰），Betty义无反顾地站在他一边，同时发现，她拥有令他体内绿巨人安稳的力量。
那边Emil已经被求胜蒙蔽了眼睛，他的寻衅加上美国军方极度想利用Bruce体内异能作为残暴行径的决心，一场大战已经避无可避。