História completa
Loki sobreviveu à queda e fez um acordo com os chitauri, uma raça alienígena. Se entregar a eles o Tesseract, ganha um exército para dominar a Terra. Ele aparece numa base da S.H.I.E.L.D. onde o cubo está sendo estudado, usa um cetro para controlar a mente do agente Clint Barton, o Gavião Arqueiro, e do cientista Erik Selvig, e foge com o Tesseract. A base desaba logo depois.
Nick Fury reativa a Iniciativa Vingadores. Natasha Romanoff, a Viúva Negra, vai a Calcutá buscar Bruce Banner, que pode rastrear a radiação gama do cubo. Fury mostra a Steve Rogers, recém-acordado, o que está em jogo. O agente Phil Coulson leva o caso a Tony Stark. Em Stuttgart, Loki aparece num evento de gala para roubar irídio e manda todo mundo se ajoelhar. O Capitão América e o Homem de Ferro o enfrentam e ele se rende rápido demais. No avião, Thor desce do céu, tira o irmão dali e tenta convencê-lo a desistir. Depois de uma briga na floresta, todos levam Loki ao aeroporta-aviões.
Lá dentro, o grupo não se entende. Tony e Steve se provocam, Banner desconfia de tudo e Thor defende o irmão. Investigando, Tony e Steve descobrem que a S.H.I.E.L.D. queria usar o Tesseract para fazer armas. Natasha percebe que Loki quer soltar o Hulk. Nesse momento, Barton, ainda controlado, ataca a nave. Banner vira o Hulk e persegue Natasha, Thor luta com ele, e Tony e Steve consertam um motor no ar. Loki escapa da cela, prende Thor numa jaula que cai em queda livre e mata Coulson. Natasha consegue devolver a mente de Barton.
A morte de Coulson muda o clima. Fury usa os cards de beisebol do agente, manchados de sangue, para mexer com a equipe. Tony percebe que Loki quer plateia e vai usar a Torre Stark, em Nova York, para abrir o portal. Os Vingadores chegam ao mesmo tempo que os chitauri começam a cair do céu. Pela primeira vez, Steve coordena todos. Banner chega de moto, diz que vive com raiva e vira o Hulk à vontade. Num momento lembrado por todo fã, o Hulk sacode Loki no chão como um boneco.
O conselho que comanda a S.H.I.E.L.D. manda um míssil nuclear contra Manhattan. Tony pega o míssil, voa pelo portal e o lança na nave-mãe. A explosão derruba todos os chitauri na Terra. Natasha fecha o portal com o cetro, e Tony cai de volta, desacordado, até o Hulk o pegar e um rugido o acordar. Thor leva Loki e o Tesseract para Asgard, e cada herói segue seu caminho. Na cena dos créditos, o Outro conta ao seu mestre, Thanos, que atacar a Terra seria cortejar a morte. Thanos sorri.