시작 하자마자 현재의 타노스는 사망 그 후 스톤이 파괴된 것를 알고 암울해 하던 중 가까스로 탈출한 앤트맨 덕분에 양자영역으로 시간이동이 가능한 것을 알게된다. 그렇게 행크 핌이 사라지고 한정된 수량으로 각자 왕복 할 만큼의 핌 입자를 갖고 앤트맨 아이언맨 캡틴과 헐크는 어벤져스 1으로 스페이스 마인드 타임 스톤을 찾으러 가고 블랙 위도우와 호크아이는 소을스톤을 위해 보르미르로 여기서 블랙 위도우가 희생하여 소울 스톤을 찾는다. 네뷸라와 워머신은 과거 에테르 파워스톤을 찾으러 토르와 로켓은 아스가르드로 리얼리티 스톤을 찾으러 간다. 헐크는 에인션트 원에게 찾아가 설득하여 타임스톤을 얻고 캡틴은 마인드 하지만 스페이스를 과거의 헐크 때문에 로키가 다시 가져가 버린다. 결국 남은 핌 입자를 통해 더 과거로 돌아간 캡틴과 아이언맨은 그곳에서 아버지 하워드 스타크를 만나고 몰래 다시 스페이스 스톤을 가져온다. 그렇게 다 된줄 알았지만 돌아가던 도중 네뷸라가 과거의 네뷸라와 통신이 연결되어 과거의 타노스가 이 사실을 알고 과거 네뷸라를 보낸다. 스톤을 다 모은 줄 알았던 어벤져스는 새로운 인피니티 건틀렛을 만들고 핑거 스냅을 한다. 그러한 과정에서 헐크는 오른팔을 다친다. 그러던 중 과거의 네뷸라가 타노스와의 연결을 통해 현재 네뷸라가 갖고 있던 핌 입자를 이용해 어벤져스의 양자 터널로 타노스 군단이 현재로 오게된다. 결국 마지막 싸움을 앞둔 과정에서 핑거 스냅으로 모든 영웅들이 다시 돌아오게 되고 어벤져스 기지에서 모든 히어로들과 타노스 군대가 다시 싸운다. 하지만 타노스의 강력함으로 다시 인피니티 건틀렛을 착용한 타노스는 재차 핑거 스냅을 하며 나는 권능하리라 하며 외치지만 토니가 바꿔치기 한 것이었다. 타노스의 눈 앞에서 아이언맨이 건틀릿을 끼고 나는 아이언맨이다를 외치고 핑거스냅을 하면서 타노스 군대는 모두 먼지로 변한다. 결국 그 힘으로 토니는 사망한다. 그의 장례식이 끝난 후 캡틴은 돌려놓으려 다시 홀로 양자영역으로 떠난다. 하지만 캡틴은 다시 돌아오지 않는다. 그는 과거에 남아 있기를 선택하고 이전에 애인 페기 카터를 다시 만나 춤을 추며 행복해하며 영화는 끝이 난다.