A film a Marvel 6 szuperhősét foglalja magába, akik együtt küzdenek meg egy földönkívüli ellenséggel a Loki által vezetett Chituri-val. A történet szerint az Amerika kapitányból megismert Tesseract-ból próbálnak meg korlátlan energiát kinyerni, ám rosszul sül el a dolog, és megjelenik Loki, Thor öccse, akivel a Thor című filmben találkozhattunk. Néhány embert maga mellé állít, valamiféle energiával, köztük az egyik legjobb SHIELD ügynököt Barton-t.
A film elején sorban tűnnek fel a film főszereplői, köztük a film legnagyobb hősének tartott Vasember. Mindenkit összeszednek, hogy megtalálják a Tesseractot, mert ha Loki kinyitja a kaput, megtalálja a módját, hogyan ne omoljon be a kapu, akkor a földet egy hatalmas idegen hadsereg fogja megtámadni. Lokit Münchenben fogják el, ám a SHIELD hajóra való szállítás közben feltűnik Thor, aki vissza akarja vinni Asgardba.
Itt Thor megküzd Vasemberrel, ám végül együtt térnek vissza a hajóra. Miközben próbálják megtalálni a Tesseractot, megtámadják őket Barton ügynök vezetésével, és kiszabadítják Lokit. Banner átváltozik Hulk-ká, és hatalmas pusztítást visz véghez a hajón. Thor-ral küzd hosszú perceken át. Miután vége a harcnak, elhatározzák, hogy megállítják Lokit. A Harc közben meghal Coulson ügynök. Tony Stark emiatt személyes ügyként kezeli Lokit.
Megtalálják a Tesseractot, a Stark Torony tetején van, mert az ARC reaktor nyernek energiát. Elmennek New-Yorkba, de késő, mert a kapu kinyílik és a Chituri megtámadja a várost. Hatalmas harc kezdődik. Mikor éppen rájönnek hogyan zárják be a kaput, az amerikai hadsereg atomtámadást rendel el a város ellen. Vasember azonban, átmegy a kapun és elpusztítja az idegen központi hajóját. A város és az emberiség is megmenekül.