Завладев Камнем Силы (одним из шести Камней Бесконечности) с планеты Ксандар, Танос и его приёмные дети, Эбеновый Зоб, Кулл Обсидиан, Проксима Миднайт и Корвус Глэйв, перехватывают космический корабль, перевозящий выживших после уничтожения Асгарда асгардцев. Пленив Тора, Танос требует от Локи Тессеракт, содержащий в себе Камень Пространства. Внезапно на Таноса нападает Халк, однако Танос его побеждает. Хеймдалл отправляет Халка на Землю с помощью Биврёста. Танос убивает Хеймдалла и извлекает Камень Пространства из Тессеракта. После этого, он убивает Локи, попытавшегося на него напасть, и уничтожает корабль.
Халк падает в Санктум Санкторум в Нью-Йорке и превращается в Брюса Бэннера. Он предупреждает Стивена Стрэнджа и Вонга о плане Таноса, заключающемся в уничтожении половины Вселенной с целью стабилизации перенаселения. Троица обращается за помощью к Тони Старку. Зоб и Обсидиан прибывают на Землю, чтобы заполучить Камень Времени, содержащийся у Стрэнджа. Зобу не удаётся украсть Камень Времени из-за чар Стрэнджа, и он похищает Стрэнджа вместе с Камнем. Старк и пришедший на помощь Питер Паркер пробираются на борт космического корабля Зоба, а Вонг остаётся охранять Санктум Санкторум.
В Эдинбурге Проксима Миднайт и Глэйв нападают на Ванду Максимофф и Вижна, чтобы заполучить Камень Разума, содержащийся во лбу Вижна. Стив Роджерс, Наташа Романофф и Сэм Уилсон спасают пару и отправляются на базу Мстителей. Вижн предполагает, что Камень можно уничтожить только направленной на него силой, схожей с его сингулярностью, и подмечает, что сделать это сможет лишь Ванда, но последняя отказывается это делать. Бэннер не соглашается с Вижном, предполагая, что если аккуратно извлечь Камень, Вижн выживет. Роджерс предлагает отправиться в Ваканду, где, по его мнению, находятся технологии, способные извлечь Камень.
Стражи Галактики реагируют на сигнал бедствия корабля асгардцев и спасают Тора. Бог грома предполагает, что Танос охотится за Камнем Реальности, который находится во владении Коллекционера на Забвении. Тор отправляется с Ракетой и Грутом в Нидавеллир, где король гномов Эйтри выковывает Тору боевой топор Громсекиру. Питер Квилл, Гамора, Дракс и Мантис отправляются в Забвение и сталкиваются с Таносом, завладевшим Камнем Реальности. Он временно нейтрализует команду при помощи Камня и похищает Гамору. Узнав от Небулы, что Гамора знает месторасположение Камня Души, Танос пытает Небулу, заставляя Гамору выдать месторасположение Камня. Танос и Гамора отправляются на Вормир, где их встречает хранитель Камня — Красный Череп. Красный Череп объясняет Таносу, что он сможет получить Камень в обмен на жизнь того, кого он любит. Танос жертвует Гаморой и получает Камень.
Небула сбегает из плена, связывается с оставшимися Стражами и предлагает встретиться с ней на Титане — разрушенной родной планете Таноса. Старк и Паркер выбивают Зоба в космос и спасают Стрэнджа. Прибыв на Титан, троица знакомится с Квиллом, Драксом и Мантис. При помощи Камня Времени, Стрэндж просматривает возможные варианты событий будущего и говорит всем, что он увидел лишь одну победу Мстителей из 14 000 605 вариантов событий. Группа разрабатывает план по захвату Таноса и снятию Перчатки Бесконечности, используемой для хранения Камней. Танос появляется на планете, встречает Стрэнджа и оправдывает свои намерения необходимостью гарантировать выживание Вселенной, которой угрожает перенаселение. Мстители и Стражи Галактики атакуют Таноса. Вскоре появляется Небула и присоединяется к битве. Мстителям удаётся обездвижить Таноса, и узнав, что Танос убил Гамору, разъярённый Квилл атакует Таноса, что даёт последнему возможность вырваться. Танос, при помощи Камней, разбрасывает команду по планете и сталкивается со Старком один на один. Он тяжело ранит Старка и готовится добить его, однако Стрэндж отдаёт Камень Времени Таносу в обмен на жизнь Старка.
В Ваканде Роджерс воссоединяется с Баки Барнсом перед вторжением армии Таноса. Мстители, вместе с Т’Чаллой и войсками Ваканды готовятся к сражению, а Шури пытается извлечь Камень Разума из Вижна. Не имея возможности вызвать Халка после поражения в битве с Таносом, Бэннер сражается в костюме Халкбастера. Тор, Ракета и Грут прибывают на помощь к Мстителям. На Шури нападает Корвус Глэйв, и она не успевает извлечь Камень Разума. Наташа Романофф и Ванда убивают Проксиму, Брюс Бэннер убивает Обсидиана, а Вижн убивает Корвуса Глэйва. В Ваканду прибывает Танос, и Ванда уничтожает Вижна. Однако Танос использует Камень Времени, воскрешает Вижна, и вырывает Камень Разума из его лба, вновь убивая его. Тор серьёзно ранит Таноса Громсекирой, но тот, собрав всю Перчатку, щёлкает пальцами и телепортируется на планету 0259-S (Сад).
Половина жизни во Вселенной распадается в прах, включая Барнса, Т’Чаллу, Грута, Максимофф, Уилсона, Мантис, Дракса, Квилла, Стрэнджа и Паркера. Старк и Небула остаются на Титане, а Бэннер, М’Баку, Окойе, Джеймс Роудс, Ракета, Роджерс, Романофф и Тор — в Ваканде. Тем временем Танос с улыбкой любуется на восход солнца на своей планете.
В сцене после титров Мария Хилл и Ник Фьюри распадаются из-за щелчка Таноса, однако Фьюри успевает при помощи пейджера послать сигнал Капитану Марвел.
Халк падает в Санктум Санкторум в Нью-Йорке и превращается в Брюса Бэннера. Он предупреждает Стивена Стрэнджа и Вонга о плане Таноса, заключающемся в уничтожении половины Вселенной с целью стабилизации перенаселения. Троица обращается за помощью к Тони Старку. Зоб и Обсидиан прибывают на Землю, чтобы заполучить Камень Времени, содержащийся у Стрэнджа. Зобу не удаётся украсть Камень Времени из-за чар Стрэнджа, и он похищает Стрэнджа вместе с Камнем. Старк и пришедший на помощь Питер Паркер пробираются на борт космического корабля Зоба, а Вонг остаётся охранять Санктум Санкторум.
В Эдинбурге Проксима Миднайт и Глэйв нападают на Ванду Максимофф и Вижна, чтобы заполучить Камень Разума, содержащийся во лбу Вижна. Стив Роджерс, Наташа Романофф и Сэм Уилсон спасают пару и отправляются на базу Мстителей. Вижн предполагает, что Камень можно уничтожить только направленной на него силой, схожей с его сингулярностью, и подмечает, что сделать это сможет лишь Ванда, но последняя отказывается это делать. Бэннер не соглашается с Вижном, предполагая, что если аккуратно извлечь Камень, Вижн выживет. Роджерс предлагает отправиться в Ваканду, где, по его мнению, находятся технологии, способные извлечь Камень.
Стражи Галактики реагируют на сигнал бедствия корабля асгардцев и спасают Тора. Бог грома предполагает, что Танос охотится за Камнем Реальности, который находится во владении Коллекционера на Забвении. Тор отправляется с Ракетой и Грутом в Нидавеллир, где король гномов Эйтри выковывает Тору боевой топор Громсекиру. Питер Квилл, Гамора, Дракс и Мантис отправляются в Забвение и сталкиваются с Таносом, завладевшим Камнем Реальности. Он временно нейтрализует команду при помощи Камня и похищает Гамору. Узнав от Небулы, что Гамора знает месторасположение Камня Души, Танос пытает Небулу, заставляя Гамору выдать месторасположение Камня. Танос и Гамора отправляются на Вормир, где их встречает хранитель Камня — Красный Череп. Красный Череп объясняет Таносу, что он сможет получить Камень в обмен на жизнь того, кого он любит. Танос жертвует Гаморой и получает Камень.
Небула сбегает из плена, связывается с оставшимися Стражами и предлагает встретиться с ней на Титане — разрушенной родной планете Таноса. Старк и Паркер выбивают Зоба в космос и спасают Стрэнджа. Прибыв на Титан, троица знакомится с Квиллом, Драксом и Мантис. При помощи Камня Времени, Стрэндж просматривает возможные варианты событий будущего и говорит всем, что он увидел лишь одну победу Мстителей из 14 000 605 вариантов событий. Группа разрабатывает план по захвату Таноса и снятию Перчатки Бесконечности, используемой для хранения Камней. Танос появляется на планете, встречает Стрэнджа и оправдывает свои намерения необходимостью гарантировать выживание Вселенной, которой угрожает перенаселение. Мстители и Стражи Галактики атакуют Таноса. Вскоре появляется Небула и присоединяется к битве. Мстителям удаётся обездвижить Таноса, и узнав, что Танос убил Гамору, разъярённый Квилл атакует Таноса, что даёт последнему возможность вырваться. Танос, при помощи Камней, разбрасывает команду по планете и сталкивается со Старком один на один. Он тяжело ранит Старка и готовится добить его, однако Стрэндж отдаёт Камень Времени Таносу в обмен на жизнь Старка.
В Ваканде Роджерс воссоединяется с Баки Барнсом перед вторжением армии Таноса. Мстители, вместе с Т’Чаллой и войсками Ваканды готовятся к сражению, а Шури пытается извлечь Камень Разума из Вижна. Не имея возможности вызвать Халка после поражения в битве с Таносом, Бэннер сражается в костюме Халкбастера. Тор, Ракета и Грут прибывают на помощь к Мстителям. На Шури нападает Корвус Глэйв, и она не успевает извлечь Камень Разума. Наташа Романофф и Ванда убивают Проксиму, Брюс Бэннер убивает Обсидиана, а Вижн убивает Корвуса Глэйва. В Ваканду прибывает Танос, и Ванда уничтожает Вижна. Однако Танос использует Камень Времени, воскрешает Вижна, и вырывает Камень Разума из его лба, вновь убивая его. Тор серьёзно ранит Таноса Громсекирой, но тот, собрав всю Перчатку, щёлкает пальцами и телепортируется на планету 0259-S (Сад).
Половина жизни во Вселенной распадается в прах, включая Барнса, Т’Чаллу, Грута, Максимофф, Уилсона, Мантис, Дракса, Квилла, Стрэнджа и Паркера. Старк и Небула остаются на Титане, а Бэннер, М’Баку, Окойе, Джеймс Роудс, Ракета, Роджерс, Романофф и Тор — в Ваканде. Тем временем Танос с улыбкой любуется на восход солнца на своей планете.
В сцене после титров Мария Хилл и Ник Фьюри распадаются из-за щелчка Таноса, однако Фьюри успевает при помощи пейджера послать сигнал Капитану Марвел.