史蒂夫·罗杰斯队长(克里斯·埃文斯·克里斯·埃文斯饰)，逐渐适应了现代生活，在一次行动后隐约闻到了盾牌内部的危险气味。当他得知神盾局正在秘密实施“洞察计划”时，他更加愤怒了。一天，神盾局的指挥官尼克·法瑞(塞缪尔·杰克逊·塞缪尔·L·杰克逊饰)遭到一群武装分子的袭击。他尽力把一个u盘交给美国队长，里面有二战以来最重要、最可怕的神盾局秘密。之后，前导演亚历山大·皮尔斯(罗伯特·雷德福/罗伯特·雷德福饰)因涉嫌杀害尼克而通缉并追捕美国队长。在逃亡过程中，他得到了一个黑寡妇(斯嘉丽·约翰逊)和一个老兵(安东尼·麦凯·安东尼·麦凯)的帮助。 他们必须与时间赛跑，解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的实施...