在框架世界里，所有打擊恐怖分子的行動中，梅本來一直是那個最勇敢最堅決的九頭蛇戰(zhàn)士。但經(jīng)過了和杰弗瑞的幾次交道，梅發(fā)現(xiàn)了所謂恐怖分子身上具有的善良和自我犧牲，梅受到了觸動，對九頭蛇發(fā)生了質(zhì)疑。梅進入到黛西的牢房，在確認了黛西在真實世界里是個異人之后，她拿出了一根泰瑞根，擲到地上，在框架世界里使黛西再次具有了異能。
梅帶著黛西出逃時，九頭蛇的人發(fā)現(xiàn)并包圍上來，倆人在射殺了不少敵人正要離開時，艾達帶人攔住了她們。黛西用異能將艾達推出大樓，摔壞在高樓下的地面上。
艾達在現(xiàn)實中醒來，框架世界中她第一次遭受到的失敗使她感到不安。安東知道后想開槍殺掉梅。但他是艾達重新再造的機器人，跟艾達被博士建造時一樣，建造之初就被設(shè)定好了參數(shù)，這個參數(shù)就是要保護這些正在實驗室里昏睡的神盾局特工們。
他們都想突破這個參數(shù)。艾達說還是有辦法的，因為博士當初建造的時候，還設(shè)定了一個指令，如果誰威脅到了框架就可以殺掉。現(xiàn)在，已經(jīng)有兩名特工，黛西和西蒙斯都屬于此類，她們黑進了框架，帶著完整的記憶。艾達命令安東找到她們?nèi)缓蟪簟?/p>
框架世界中，杰弗瑞已經(jīng)犧牲。愛國者群龍無首了。艾達摔壞了脊椎還在昏迷。菲茲成為新的九頭蛇首領(lǐng)，并要下屬在電視媒體上發(fā)布了通緝梅和黛西的信息。
艾達醒來后，要菲茲盡快完成鏡子項目，因為這個項目一旦完成，就可以制造活體物質(zhì)，現(xiàn)實世界的艾達將不再是機器人，而可以變成活生生的人類了。菲茲的父親讓菲茲聽艾達的，他帶人去除掉黛西她們。
西蒙斯通過他們從教化中心帶回的圖片，意識到了艾達的真實意圖。她知道，如果不趕快阻止，就會有災(zāi)難發(fā)生。西蒙斯帶著崔普趕去。
菲茲終于完成了設(shè)計。他告訴了艾達這個消息。為了找到黛西西蒙斯和剩下的愛國者們，菲茲想設(shè)法撬開博士的嘴。
菲爾帶著黛西他們趕到了還在造謠的電視媒體，綁架了主持人。然后菲爾在電視中做了主播，揭露了真相，并播出了那段九頭蛇用卑鄙手段消滅愛國者和那些無辜孩子的視頻。真相喚醒了大眾，菲爾也勇敢地在電視中亮明了自己神盾局特工的身份。
留給黛西和西蒙斯的時間不多了，由于她們倆身體所在的飛機能源即將耗盡，為了節(jié)約能源，關(guān)掉了唯一保護著這架飛機的隱形功能。
西蒙斯告訴黛西，艾達正在建造真實的肉身，這樣她就能擁有自由意志，將他們所有人全部殺死。這真是讓人沮喪，幸好黛西告訴了西蒙斯一個好消息，她已從博士口中知道了離開框架世界的后門，只需要將所有人帶到那兒。有點問題的是邁克和梅還沒恢復他們在真實世界的全部意識，他們不知道真相。還有菲茲，他現(xiàn)在是九頭蛇的首領(lǐng)。
西蒙斯從梅那兒得知了菲茲的父親每天和他形影不離，意識到艾達正是利用菲茲的父親改變和控制了這個框架世界中的菲茲。于是西蒙斯找到菲茲的父親，用槍指著他讓他打電話給菲茲，想單獨跟菲茲談?wù)劇＝Y(jié)果他打電話讓菲茲來抓逃犯，并緊緊扼住了西蒙斯的喉嚨。搏斗中，西蒙斯的槍打中了菲茲父親，電話那頭的菲茲聽到了，急忙帶人趕回，一心要為父報仇殺掉西蒙斯。
艾達得知菲茲父親死亡的消息，心知不妙，急忙派人通知菲茲中止行動。但菲茲沒有聽，仍然想抓到西蒙斯。艾達于是啟動了菲茲建造的機器，急于得到真實肉身，好除掉所有對手。
現(xiàn)實世界的和風號電量即將耗盡，這時又發(fā)現(xiàn)有了敵情。
黛西他們來到了后門，菲茲也緊追著他們來了。后門被艾達修改，藏在一片火熱的爐火后，黛西用異能震開了爐火，菲爾正要穿過時，被九頭蛇的人射傷倒地。梅扶起了菲爾，菲爾縱身一躍，在真實世界里醒來。在他的帶領(lǐng)下，梅也跳了。
倆人在真實世界里醒來，菲爾找了把刀走到艾達這個可惡的生化機器人身邊。此時，艾達的真實肉身正在建造中，即將完成。
黛西讓西蒙斯趕快跳時，菲茲追來了，拿槍對準了西蒙斯，打中了她的膝蓋，又用槍對準了她的頭。關(guān)鍵時刻，博士開槍打中了菲茲，并將他推到了后門入口。這就是博士懺悔自己建造了框架世界的方式。
西蒙斯也在飛機上醒來了。可是這時飛機突然一震，安東的人打中了飛機，機身開始燃燒。框架世界現(xiàn)在剩下邁克和黛西了。聽黛西說女兒霍普在真實世界里死了，邁克不肯離開框架世界。黛西只好先離開了。
菲茲醒來后，發(fā)現(xiàn)自己在框架世界里做下的事，心智開始混亂。菲爾安慰著他，這時，梅聽到外面一聲異響。獲得真實肉身的艾達出現(xiàn)了。她摟著菲茲一下消失了。
艾達帶著菲茲現(xiàn)身在一處海灘。她感覺著海水沖過腳面，想到以前自己是機器人時只能模擬這種感受，高興極了。菲茲在旁邊卻快要吐了。他知道在框架世界時，是艾達操縱了自己。艾達卻撒謊說她也是身不由已，被博士控制。她現(xiàn)在有了自由意志，可以自己選擇人生了。她所做的第一個選擇就是要菲茲，說完后，她又帶著菲茲瞬間憑空消失。
西蒙斯黛西和悠悠球共同解決了面臨的危險后，悠悠球責備黛西為什么不帶回邁克，黛西無奈只好告訴她，邁克不想離開霍普。
飛機已經(jīng)沒電沒油了，可是無法降落。因為塔伯克正在電視媒體上宣布神盾局成員殺害了杰弗瑞局長，他們這些人已成為現(xiàn)實世界的在逃份子。
安東生化人來了，要殺掉神盾局特工。菲爾和梅為了保護還沒從框架世界歸來的邁克，并肩戰(zhàn)斗。梅為了獲得力量，還注射了腎上腺素。倆人好容易才打敗了安東。但菲爾意識到，他們所處的地方有被海水淹沒的危險。
果然，真正的安東正在下令這樣做。梅注射的藥力過去后，虛弱無力，菲爾正攙扶著她海水突然灌進了船艙。菲爾急忙將梅扶到高處，返回救下邁克。
艾達成了一個真正的人類。她有了同情心同理心，有了感受。菲茲極力勸說她，去救下那些被她置于危險中的神盾局特工。艾達先擔心自己的安全，怕梅會殺掉自己。但最終還是被菲茲說服了。
艾達出現(xiàn)在安東面前，下令他停止殺害神盾局特工。但安東不聽，艾達掐住了他的喉嚨，安東卻告訴她，只管毀掉這具身體，他造出的無數(shù)安東正在各處殺戮。這時，廣播里傳來了魚雷即將發(fā)射的提示。
油井燃燒起來，菲爾剛扶著梅走出船艙，正碰上悠悠球和西蒙斯她們前來接應(yīng)。返身要回去救邁克時，火龍已燒紅了通道。必須要進入隔離艙升空才能安全，可悠悠球不肯離去，她不想丟下邁克。
水已淹沒到邁克的胸前，他還在昏迷著，他的身體還通過儀器和框架世界連接著。水已經(jīng)淹沒到他的頭部了。這時，艾達將他和菲茲一起帶出了危險區(qū)，出現(xiàn)在隔離艙內(nèi)。
隔離艙升空，油井塔臺爆炸了。為了阻止安東他們的繼續(xù)追捕，艾達做了這一切。
艾達體會著救人的狂喜，這時，麻醉槍響了，她倒了下去。菲茲扭頭一看，是西蒙斯開的槍，接著，西蒙斯又對他開了一槍。原來，敵友不明，為了防止艾達的瞬移能力，要把他們倆先密閉隔離。
密閉艙里，艾達和菲爾蘇醒后，交流著感受。他們都擔心得不到原諒。尤其菲茲，覺得框架世界中的那個自己也不該被原諒，想到自己還對一直愛著自己的西蒙斯開槍，菲茲哭了，而且他也覺得自己心里裝不了兩個人，框架世界里愛著艾達的那個自己也是真實的。西蒙斯偷偷聽著他們的談話，也一次次落下眼淚。
當艾達聽到菲茲說他仍然愛西蒙斯時，突然崩潰瘋狂了。她獲得真身，就是為了有血有肉地愛菲茲。她怒吼著，情況不妙，西蒙斯急忙要和同事們救出菲茲，這時，塔伯克卻帶著人沖進來，用沖鋒槍對準了神盾局特工們。
密閉艙里，艾達正要帶著菲茲瞬移，卻發(fā)現(xiàn)失敗了。菲茲急忙躲入里面的小間里，用門將自己和艾達隔離開。這時，同事們將他帶出了密閉艙。大家正在慶幸密閉艙發(fā)揮了作用，菲茲清楚，艾達還有其它更強大的異能，密閉艙只能困她一時。
果然，艾達出了密閉艙，她無所不在。菲爾正試圖向塔伯特解釋清楚究竟發(fā)生了什么，塔伯特知道情況危險，先隨著神盾局特工們撤退了。為了大家順利離去，菲爾沒走。西蒙斯理解他此刻的心情和犧牲。她知道了菲茲的真正心意，他們倆人還是一對愛侶。她摟住了菲茲的肩膀，菲茲哭著不肯扭頭。
悠悠球為了與邁克同在，將自己也接入了框架世界中。
艾達又找到了她現(xiàn)在唯一同類安東。安東告訴她，黑暗戰(zhàn)書還可以來建造世界，他可以重新建造一個跟框架世界一樣的真實世界，讓異人們重新被追捕。
艾達說她要的不是讓那些人死亡，而是讓那些人受苦。說完，她發(fā)泄般撲上去跟安東親吻，并將他的腦袋一次次往地板的碎玻璃渣上撞擊。這時，旁邊突然傳來一個聲音問，這樣是不是好多了。艾達抬頭一看，另一個安東正倚著門框邪笑著說。
塔伯特的搜尋隊剛撤退，惡靈騎士從時光隧道里面走入了現(xiàn)實世界。