随着复联3结尾灭霸一个响指,宇宙中一半的生命消失,有的人永远失去了挚爱和家人,复仇者联盟部分成员也因此消失了。剩余的英雄被迫背水一战。众英雄决定复仇抢回宝石,在星云和火箭浣熊的帮助下找到了灭霸的藏身地,灭霸已经使用宝石消灭了宝石,失望至极的雷神砍掉了灭霸的脑袋。
5年后,城市里荒凉,破败。众英雄都没法从失去亲人,朋友的痛苦中走出来。后来蚁人告诉他们可以通过量子通道时间旅行,有机会拯救消失的人。于是美国队长再次集齐各路英雄,在钢铁侠的的帮助下成功的做成时间穿越机器。不过每人只有一次机会,他们制定目标,美队,钢铁侠,班纳浩克,蚁人回到2012年纽约大战取回空间,时间,心灵宝石。雷神和火箭浣熊回到2013年取回现实宝石,星云,战争机器去2014年莫拉格星取回力量宝石,寡姐和鹰眼去2014年弗米尔星取回灵魂宝石。
经过一番战斗取回了五个宝石,不过黑寡妇在去灵魂宝石的时候牺牲了,灭霸军团也通过控制几年前的星云一起来到了2019年基地。基地被灭霸炸成废墟,美队,钢铁侠,雷神三人迎战灭霸,鹰眼保护手套和原石,此时,消失的英雄全部在奇异博士的传送门下回归到达战场,双方一片混战。
手套最后还是被灭霸抢到了,不过灭霸只是抢走了手套。宝石装在了钢铁侠的上,钢铁侠打了响指,灭霸及军团灰飞烟灭。但钢铁侠由于承受不住宝石带来的力量牺牲了,美国队长送还宝石后变成了老人。这就是最后的结局,为22部漫威电影写下了传奇终章。复仇者联盟4的上映也打破了世界吉尼斯纪录。