渐渐习惯现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯ChrisEvans饰）在一次手术后，隐约闻到了神盾局内部弥漫的险恶气味。而当他得知神盾局正在秘密进行“洞察计划”时，他更加愤怒了。有一天，神盾局。指挥官尼克·法里（塞缪尔·杰克逊饰）遭到一群武装人员的袭击。他竭尽全力给美国队长送来一个U盘，里面装着……二战以来该局最重要、最可怕的秘密。此后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前导演亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福饰）的通缉和追捕。在逃亡过程中，他得到了黑寡妇（斯嘉丽约翰逊饰）和老兵“猎鹰”（安东尼麦凯饰）的帮助。他们必须与时间赛跑，揭开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的实施……
