博士聽說監(jiān)察者首領(lǐng)俄羅斯人安東看過了黑暗戰(zhàn)書，生氣地將書從他手里搶了回來。安東不動聲色地看了博士一眼，他現(xiàn)在需要他。他們一起商量了該怎么用泰瑞根水晶引誘神盾局。
西蒙斯檢測后發(fā)現(xiàn)，杰弗瑞注射的保持神力的藥物，可能會致他于死命。她直言不諱地告訴了他這個發(fā)現(xiàn)。為了保證神盾局的戰(zhàn)斗力，找回梅特工，杰弗瑞還是希望繼續(xù)注射。
納迪爾議員因為她的身份，掌握著異人們的情況。現(xiàn)在這些異人都處于危險之中。納迪爾還準(zhǔn)備鼓動媒體跟神盾局作對，向公眾曝光神盾局藏匿異人的事。
這時，監(jiān)察者塔克帶著泰瑞根水晶走進了她的辦公室，因為他們懷疑納迪爾血液中攜帶著會變異的成分，她弟弟就曾被感染。結(jié)果泰瑞根水晶敲碎后，塔克發(fā)生了轉(zhuǎn)變，接著納迪爾的辦公室發(fā)生了爆炸，納迪爾喪生。
塔克回到監(jiān)察者基地，告訴安東納迪爾異化后爆炸而死。安東知道神盾局一定會來抓捕塔克，決定撇下塔克去暫避風(fēng)險。果然，黛西帶著人很快就把塔克抓回了神盾局。在黛西、杰弗瑞毫無防范地審訊塔克時，西蒙斯和菲茲通過分析爆炸現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)了塔克已經(jīng)變異成炸彈人。他倆急忙沖去通知，杰弗瑞和菲茲趕在塔克施展異能前，無畏地果斷出擊，合力將塔克推出了神盾局的和風(fēng)一號，使大家逃過一劫。
西蒙斯和菲茲都想到了，黛西可以利用她吸收震波的異能，對付塔克。黛西抓緊訓(xùn)練著。塔克盡管轉(zhuǎn)化成了異人，但他向安東坦白并保證，他一定會干掉神盾局，完成安東交給的任務(wù)。他將自己當(dāng)作誘餌，引來了黛西、杰弗瑞和西蒙斯菲茲后，安東帶人出現(xiàn)了。
他們的車隊不斷地隆隆開來，黛西在和塔克的對抗中已精疲力盡了，為了掩護菲茲和西蒙斯制伏塔克，杰弗瑞將所有藥物注射進自己體內(nèi)，再次化身大力神，阻擋住了安東的車隊，為戰(zhàn)友們爭取了機會。西蒙斯菲茲成功地將氣化的塔克收進了研制的儀器。
菲爾和邁克找到了一個叫艾格尼絲的女人，艾格尼絲跟博士曾是一對戀人，她現(xiàn)在身患絕癥日子已所剩無幾。博士的艾達就是仿造她的樣子制造的。菲爾告訴她這件事時，艾格尼絲決定跟菲爾他們合作找回梅。
博士收到了艾格尼絲的信息后，急忙趕去。艾格尼絲本來一直跟菲爾邁克配合著，但聽到博士為了使她避免死亡所進行的努力后，跟博士一同離去。
神盾局特工們?yōu)榱藸I救好搭檔梅,在不斷嘗試著辦法。菲茲也構(gòu)建了個模擬場景,邁克黛西加強著練習(xí),想將梅從博士構(gòu)建的虛擬場景中營救出來。
根據(jù)對杰弗瑞局長的定位搜索,菲爾帶著黛西等人找到了阿拉斯加的諾姆,結(jié)果趕到后在一處荒廢的空曠房間里,只看到了杰弗瑞的鎧甲,在房間的整面墻壁上,令人吃驚地貼滿了菲爾的照片和信息。原來這是安東針對菲爾布下的局。
安東去找博士,他正頭戴耳機進入框架中。安東想叫他,被艾達阻止。看到安東的堅持,艾達不情愿地喚醒了博士。醒來的博士告訴安東,他已做好了自己該做的部分,硬件已經(jīng)就位,艾達也會代表他和安東繼續(xù)合作。
黛西發(fā)現(xiàn)了照片墻中有一張安東名下的礦場照片,這張照片喚起了菲爾關(guān)于過去的回憶。多年以前,菲爾曾到過這家礦場,梅配合了他的行動,但那時菲爾和梅的相處并不默契,菲爾認為他們之間步調(diào)很不一致,但菲爾跟梅還是有些別樣的情愫,倆人還一起扮演成夫妻出過任務(wù)。這張照片使菲爾意識到,他們應(yīng)該趕往俄羅斯了。
杰弗瑞試圖逃出被關(guān)押的地方,剛打暈了守衛(wèi),安東迎面走來,幾拳就把他打昏了,重新被關(guān)入牢房。等他醒來,安東和艾達站在他的面前,安東揭穿了杰弗瑞注射藥物獲得異能的真相,并將匕首插入杰弗瑞胸前,杰弗瑞忍著巨痛不肯作聲。他知道菲爾肯定會來找他。
果然,菲爾等人已經(jīng)趕到了。他們接到了安東的電話,菲爾問他杰弗瑞在哪兒,安東說菲爾不會再找到他了。他是正在為他被處死的對外情報局同志復(fù)仇。菲爾黛西他們又趕回了神盾局,會同菲茲西蒙斯一起分析情況。菲茲感到氣餒,因為博士建造的框架世界,利用了全世界各地的服務(wù)器,難以追查到源頭。而當(dāng)時艾達的制造他自己也有份參予,在感到了挫敗感的同時,他又感到了深深的內(nèi)疚。西蒙斯鼓勵他繼續(xù)研究下去,找到解決問題的辦法。
菲爾明知道安東在不停地給自己下餌,但他堅持找回杰弗瑞和梅。
安東還在威脅杰弗瑞,告訴他這是最后的機會,如果杰弗瑞能站出來指證并譴責(zé)神盾局,他就會放過他。杰弗瑞相信神盾局的正確性,他認為安東雖然聲稱為人類而戰(zhàn),但事實上已喪失了人性。安東放人進來群毆杰弗瑞。艾達在窗外看著這一切,她不能理解安東的行為模式,大腦中判定出安東迥異于大多數(shù)人類。
菲爾再次帶著神盾局的特工們來找杰弗瑞和梅。很快,菲爾和安東面對面了。安東直指菲爾是外星人和異人的中心,因為他發(fā)現(xiàn)這一切特異現(xiàn)象的背后,都有菲爾。安東認為當(dāng)年他的對外情報局隊員就是因為菲爾而死的。
一直在追蹤監(jiān)察者的黛西這時也走了進來,現(xiàn)在,她總算直面監(jiān)察者的頭號人物了。原本在黛西異能前不堪一擊的安東,使用了暗器,黛西肩部受傷,最后才制伏安東。
菲茲在通訊室尋找著設(shè)備方面的線索。西蒙斯帶人去對付艾達,菲茲不能不擔(dān)心,但使命所在,菲茲和西蒙斯還是很快投入到了各自的任務(wù)中。
邁克找到了關(guān)押杰弗瑞的牢房,他打傷了那些正群毆杰弗瑞的人。菲爾也趕來相助,成功地解救了杰弗瑞。但艾達開動潛艇跑掉了,大家知道梅肯定在那上面,只好先暫時先返回神盾局。
細心的西蒙斯仔細回想,感覺到這次任務(wù)中有什么地方不對,緊接著又發(fā)現(xiàn)神盾局機器人替身的檢測系統(tǒng)被關(guān)閉了,而關(guān)閉的人居然是菲爾。西蒙斯告訴了菲茲,倆人同時意識到,真正的菲爾很可能已經(jīng)被替換了。重新開啟了檢測系統(tǒng)后,西蒙斯和菲茲發(fā)現(xiàn),同時返回的四個戰(zhàn)友已經(jīng)全部成了機器人替身。他們是菲爾、黛西、邁克和杰弗瑞。
看到這些生化機器人以戰(zhàn)友們的面目在身旁走來走去，西蒙斯緊緊拉著菲茲的手，十分緊張。她擔(dān)心著這些生化人會將他和菲茲殺死或者隔離，菲茲安慰她使她鎮(zhèn)靜下來，他們必須裝作若無其事，因為他們現(xiàn)在唯一的優(yōu)勢是發(fā)現(xiàn)了真相，這些生化人還沒意識到被他們發(fā)現(xiàn)了。
這時，生化人菲爾、邁克、黛西、杰弗瑞走了進來，菲爾要菲茲召集全球異人，菲茲假意同意了，杰弗瑞想拆開西蒙斯和菲茲，菲茲找借口拒絕了他。杰弗瑞和菲爾商量著要趕緊下手，干掉并用生化人替換掉西蒙斯和菲茲，菲爾說先謹慎行事。
悠悠球是神盾局最有價值的異人之一。生化異人邁克先跟她取得聯(lián)系，引她上鉤。生化菲爾去找到生化梅，當(dāng)梅發(fā)現(xiàn)了菲爾不是原來那個，表現(xiàn)得很抗拒。她跟生化菲爾的設(shè)計程序不同，她原來一直以為自己就是梅，很久后才發(fā)現(xiàn)自己不是，這種自我否定讓她難受。生化菲爾是一開始就明白他是什么。他欣賞并向往博士創(chuàng)造的框架，認為那是個新世界，沒有傷痛和遺憾的新世界。他說服梅接受這個框架，在這個框架里，他可以和生化梅在一起。
西蒙斯和菲茲一起來到工作室，可是西蒙斯突然發(fā)現(xiàn)儀器檢測他倆之中有生化人，西蒙斯大驚失色，迅速掏出槍指住了菲茲，她讓菲茲豁腕證明，菲茲割腕后流出了大量鮮血，看到血西蒙斯覺得菲茲不是生化人，急忙奔過去幫他，結(jié)果菲茲反手將刀刺進了她的小腿。原來這個菲茲也是生化人。
博士醒來后，艾達告訴他，四個生化人已在神盾局就位，很快她也要用生化人替換掉西蒙斯和黛西了。
生化菲茲正在掃描西蒙斯的大腦額葉時，西蒙斯清醒過來，她掙扎著去拿了大錘，砸傷了菲茲，并用匕首扎死了生化菲茲。
黛西進入樓下的隔離室時，發(fā)現(xiàn)了滿屋里都是跟自己一模一樣的黛西模型，她馬上明白發(fā)生了什么。等生化邁克起來時，黛西急忙裝成模型，一動不動地站在里面。邁克提著槍一一察看，趁其不備，黛西襲擊了他并跑出了模型屋。
黛西躲到暗處，打開平板查看，發(fā)現(xiàn)了菲爾、杰弗瑞和邁克都是生化人，生化人菲茲躺在地上。這時，黛西發(fā)現(xiàn)西蒙斯也躲在這個房間，她們彼此成為了依靠，緊緊擁抱在一起。
艾達觀察人類越多，越感覺自己的思維出現(xiàn)了悖論。她被博士設(shè)定的兩個主參數(shù)發(fā)生了矛盾。一個主參數(shù)是保護框架，另一個是保護博士，但她現(xiàn)在認為，博士是框架最大的威脅。因為他讓她為每個進入框架的人彌補一個遺憾，這說明博士自控力很差，她認為博士如果有一天后悔創(chuàng)造了框架，就會修改參數(shù)拆毀框架。博士說這不可能，因為他堅信框架是真實的，可以替代原來充滿遺憾的所謂真實人生。
艾達聽了他的話露出了笑容，說這個解釋解決了悖論。她割破了博士的手腕，將他也置于框架之中，博士掙扎了兩下就昏迷了過去，和梅、菲爾等原來被他們控制的那些人一模一樣。
菲爾和杰弗瑞將神盾局特工們?nèi)空偌饋恚蛩麄冃迹髅伤购枉煳鞅唤壖懿⑻鎿Q成了生化人。他們下令要殺死倆人。
這點黛西和西蒙斯想到了，她們商量著下一步該怎么做。聽西蒙斯說框架的源信號無法查找，黛西說那我們必須黑進去，接入框架，然后找到我們自己人喚醒他們。
黛西用催眠氣體弄暈了所有特工，只剩下杰弗瑞等四個生化人了。黛西好容易才戰(zhàn)勝了生化杰弗瑞，卻被隨后趕來的邁克和菲爾射中。趁他們以為勝券在握時，黛西積聚起所有力量，一擊而中，倆人同時被震碎，他們的身體碎片落地后，清醒了的其它特工們才明白了西蒙斯和黛西才是沒被替換掉的人。
黛西和西蒙斯安排大家搶救同事，并準(zhǔn)備啟動和風(fēng)。她們推著硬件準(zhǔn)備離開，一開門卻發(fā)現(xiàn)生化梅正堵在前面，手握著巨型炸彈的開關(guān)。黛西和西蒙斯說服了這個比其它生化人更像梅的生化梅，她放走了她倆。
已修好的生化菲茲又將生化菲爾修復(fù)好，生化菲爾準(zhǔn)備啟動隔離室里的黛西戰(zhàn)隊。他趕到生化梅呆的地方，發(fā)現(xiàn)她放走了黛西和西蒙斯。梅告訴菲爾，她被設(shè)計的程序是拿回《黑暗戰(zhàn)書》，欲望是接近菲爾保護菲爾，而面前的這個菲爾不是真的。聽聞此言，菲爾迅疾地掏槍指向梅，梅按下了炸彈的開關(guān)，熊熊的火焰吞沒了他們。
火焰席卷而來之前，西蒙斯黛西和特工們乘坐的和風(fēng)一號起飛離開了。劫后余生的她們將手緊緊握在一起。
她們把下一步的計劃告訴了特工們，悠悠球不安地聽著，不停地走來走去。特工們意識到，如果倆人在框架里待得太久，她們的身體會衰竭。事實上情況更嚴重，如果倆人在框架中死了，那么在現(xiàn)實中也就真的死了。但顧不上那么多了，黛西告訴大家要立即行動。
倆人被接入了框架之中。生化黛西醒來，發(fā)現(xiàn)收到了一條短信，讓她叫醒林肯，因為神盾局在召集他們。這一直是真正的黛西內(nèi)心最大的遺憾，現(xiàn)在在框架世界里，這遺憾正在被彌補。
生化黛西走進臥室，床上躺著的是她的林肯。從未失去的安然無恙的林肯。她的眼中馬上露出了充盈著幸福感的目光。在框架之中，菲爾邁克都是普通平凡的人，過著安寧幸福沒有遺憾的平常時光。