1991年，遭受洗腦改造成為「酷寒戰士」的巴奇‧巴恩斯在九頭蛇西伯利亞地下基地喚醒後，奉命攔截一輛載有超級戰士血清的汽車，最後將血清帶回給監管人。現今，備受爭議的蘇科維亞戰役過去一年，由史蒂芬‧羅傑斯、山姆‧威爾森、娜塔莎‧羅曼諾夫、以及汪達‧馬克希莫夫組成的「復仇者聯盟」，在奈及利亞拉哥斯抓獲企圖盜取生化武器的布洛克‧朗姆洛。朗姆洛因走投無路而啟動身上的自爆裝置，汪達試圖用念力將爆炸衝擊轉移至空中，卻不慎波及到旁邊的大樓而造成多數死傷。這場災難導致復仇者聯盟再度受到各國譴責和爭議，美國國務卿撒迪厄斯‧羅斯提議復仇者們簽署《蘇科維亞協定》（Sokovia Accords）：一本由聯合國所擬定、針對超級英雄與異能人士的法案；條約中包含建立一個特殊小組來負責監督復仇者的一切行動。

協定簽署在復仇者之間形成兩極化爭議，造就蘇科維亞災難的東尼‧史塔克決定帶頭簽字，而史蒂芬對此強烈反對，認為他們簽下去就會從此淪為政府的傀儡。隨後，佩姬‧卡特在倫敦去世，史蒂芬悲痛地將愛人下葬後，在葬禮上巧遇結識過的雪倫‧卡特，得知她是佩姬的侄女。在維也納舉辦的協定研討會上突然發生爆炸襲擊，造成瓦干達國王帝查卡身亡，監控錄像顯示兇手是巴奇‧巴恩斯。史蒂芬通過雪倫透漏的情報而搶先來到布加勒斯特找到巴奇，但巴奇表示他和爆炸案毫無關係，當本地特種部隊試圖抓捕他時，巴奇只能縱身逃跑。帝查卡之子兼瓦干達王儲帝查拉身穿汎合金製「黑豹」戰甲打算搶先一步殺死巴奇，史蒂芬和山姆也尾隨在後；在一物降一物之下，四個人全部被逮捕後被送至柏林的聯合反恐總部。

爆炸案的幕後黑手赫爾穆特‧齊莫在克里夫蘭殺死巴奇的九頭蛇監管人瓦希裡‧卡爾波夫，在他的住處尋獲大量機密檔案，包括記載洗腦口令的《紅皮書》。他冒充一名心理醫生潛入反恐總部，在他事先安排的斷電時刻中對巴奇念出口令，導致巴奇再度失控而逃往屋頂，打算開直升機逃跑卻被史蒂芬制止。兩人與直升機一同掉入反恐總部旁的河中，巴奇在頭部受到重擊及水淹之下恢復自我和原來記憶，對史蒂芬解釋齊莫才是始作俑者，並推測他即將去西伯利亞基地，去釋出其餘五名比他還強的超級戰士。由於無法告知東尼或政府，史蒂芬決定和山姆孤軍奮戰，並召來汪達、克林特‧巴頓，以及新加入的史考特‧朗恩，計畫趁齊莫喚醒其他戰士之前阻止他。但東尼也集合其他贊成派復仇者，包括新加入的彼得‧帕克，一位住在紐約皇后區並擁有蜘蛛爬行能力並能夠發射蛛絲的高中生。

史蒂芬一方來到萊比錫/哈雷機場準備偷一架昆式戰機去阻止齊莫，東尼帶隊前來盡全力說服並阻止他們並帶回巴奇受審，兩派復仇者為捍衛各自的理念而在機場裡發動一場「英雄內戰」。雙方都各自陷入苦戰之下，山姆、汪達、巴頓和史考特只能盡全力掩護史蒂芬和巴奇搭上戰機飛離，而娜塔莎最後也選擇放走他們。幻視為了阻止他們而發射寶石光束，卻不慎打中飛在空中的羅德，導致他伴隨著戰甲墜落至無線、摔成下半身幾乎癱瘓的重傷。山姆等四人遭逮捕後被集體關入太平洋之間的浮橋監獄，而娜塔莎放跑逃犯的事情也同時被帝查拉舉報，使她決定趁政府還未找上門前迅速離開。

不久，東尼從人工智慧管家「星期五」的調查得知，出現在反恐總部的心理醫生實為齊莫冒充，將線索拼湊在一起後才發現巴奇實被陷害。東尼和山姆私下談判之後，在沒有知會政府的情況下獨自前往西伯利亞，而帝查拉也駕駛戰機跟蹤在東尼身後。剛潛入基地裡的史蒂芬與巴奇遇到東尼後，共同到達底層時卻發現齊莫已經殺死其他處於冰凍狀態的超級戰士。齊莫表示自己只是要為在蘇科維亞冤死的家人討回公道，並播放巴奇在1991年12月16日攔截血清任務時的錄像，東尼才瞭解父母真正死因其實是被巴奇在車內親手所殺，加上他也發現史蒂芬知情且隱瞞這件事許久，怒火衝天之下開始攻擊他們。於核彈發射井的內戰中，巴奇的鋼鐵左臂被東尼用衝擊砲溶斷，史蒂芬打碎東尼戰甲的胸口反應爐才讓他停止。

東尼諷刺他不值得擁有那面他父親造的盾牌，認同他看法的史蒂芬於是扔棄盾牌後將巴奇扶持離去。這時，齊莫坐在外面聽完他家人死前的電話錄音後，認為已經達成心願而準備飲彈自盡，但帝查拉在基地裡聽到真相後決定打消復仇念頭，跑上前阻止齊莫自盡後將其交給反恐部隊審判。內戰過後，東尼回到復仇者總部協助羅德做複健，史蒂芬在寄給他的郵件中表示歉意，並給東尼一支聯絡的手機，說他如有需要就可以聯絡。同一時間，史蒂芬攻進浮橋監獄救出山姆等人，並讓巴奇一人得到帝查拉的庇護，藏身至瓦干達叢林深處的秘密機構。巴奇為了不想再次被人操縱而自願進入一個冬眠艙，藉以讓史蒂芬尋找洗腦解決方案。另一方面，彼得任務結束回家後為他的梅嬸講述自己身上的淤青何來，並開始測試東尼送他的蜘蛛程式。