História completa
O filme abre nos dias de hoje, com uma equipe no Ártico encontrando um avião antigo enterrado no gelo. Dentro dele, um escudo redondo. Daí a história volta para 1942. Na Noruega ocupada, o oficial nazista Johann Schmidt rouba o Tesseract, um cubo azul de poder quase divino. Schmidt comanda a Hydra, a divisão científica de Hitler, e já pensa em ir além do próprio Führer.
Em Nova York, Steve Rogers é magro, asmático e cheio de problemas de saúde. Tenta se alistar várias vezes e é sempre recusado. Na Stark Expo, o Dr. Abraham Erskine ouve sua conversa e lhe dá uma chance. No treino, Steve se joga sobre uma granada falsa para proteger os colegas, e é isso que convence Erskine. Com o soro do supersoldado e os raios vita de Howard Stark, ele sai da cápsula maior e muito mais forte. Na mesma hora, um espião de Schmidt mata Erskine e a última dose da fórmula se perde na perseguição.
Sem o cientista, o exército não quer arriscar seu único supersoldado. Steve vira o Capitão América dos palcos, vendendo bônus de guerra com uniforme colorido. Na Itália, em 1943, descobre que a unidade do melhor amigo, Bucky Barnes, caiu nas mãos da Hydra. Com ajuda de Peggy Carter e Howard Stark, ele vai sozinho atrás deles, invade a fábrica de Schmidt e liberta centenas de prisioneiros. Ali vê o rosto real do vilão: o Caveira Vermelha.
Steve monta os Comandos Uivantes, ganha o escudo de vibranium e começa a derrubar as bases da Hydra uma a uma. O romance com Peggy cresce aos poucos. Numa missão num trem, eles capturam o cientista Arnim Zola, mas Bucky despenca no abismo e é dado como morto. Com as informações de Zola, o Capitão invade a última base e embarca no bombardeiro gigante de Schmidt, carregado de armas para atacar cidades americanas.
Na luta a bordo, o Tesseract se solta, abre um portal para o espaço e suga o Caveira Vermelha. O cubo cai no oceano. Sem como pousar sem atingir Nova York, Steve conversa com Peggy pelo rádio, marca um encontro para dançar e derruba o avião no Ártico. Ele acorda num quarto que imita os anos 1940, percebe a farsa por um jogo de beisebol antigo no rádio e foge até a Times Square. Nick Fury explica que ele dormiu quase 70 anos. O destino do Tesseract e da Hydra fica em aberto e volta mais tarde.