このレビューはネタバレを含みます
神々の国アスガルドから宇宙空間に飛ばされたロキは、そこで遭遇した宇宙人種族チタウリのリーダー ジ・アザーと地球に侵攻することで手を組む。地上では、国際平和維持組織S.H.I.E.L.D.長官のニック・フューリーが、部下のマリア・ヒルとともに、緊急事態に陥っている研究施設を訪れていた。そこでは、エリック・セルヴィグ博士が研究を進めていた、無尽のエネルギーを秘めた謎の物体、四次元キューブが暴走を始めていた。そこに突如ワームホールが開き、ロキが降臨する。ロキは手にしたセプターでセルヴィグやクリント・バートン（ホークアイ)の心を操り、味方にしてしまった。彼らはキューブを奪い、施設から脱出する。
世界滅亡の危機を前に、フューリーはヒーローたちの最強チーム「アベンジャーズ」を結成することを決意した。女スパイのナターシャ・ロマノフ（ブラック・ウィドウ）はインド・コルカタに派遣され、そこで医師として働き身を潜めていたブルース・バナー博士（ハルク）に協力を要請する。S.H.I.E.L.D.のエージェント、フィル・コールソンは、ニューヨークのスターク・タワー[8]を訪れ、トニー・スターク（アイアンマン）にセルヴィグの研究資料を手渡す。フューリーは、70年の眠りから覚めたスティーブ・ロジャース（キャプテン・アメリカ）に対して、「世界を救え」と説得した。程なくしてドイツ・シュトゥットガルトに現れたロキは、駆けつけたスティーブ、トニー、ナターシャと対峙するが、あっけ無く降参する。その隙に、バートンはキューブの安定化に必要なイリジウムを盗んでいた。ロキの義兄、ソーはロキに地球侵略を諦めてアスガルドに戻るよう説得するがかなわず、仕方なくトニーとスティーブに従ってS.H.I.E.L.D.の空飛ぶ空母ヘリキャリアヘリキャリアの中にある独房にロキを閉じ込めた。科学者のバナー博士とトニーは、キューブの位置を特定しようとする。
S.H.I.E.L.D.がキューブの秘められた力を地球外生命体からの攻撃への抑止力として利用しようとしていることを知ったアベンジャーズは激論となり、仲間割れを起こす。その間、ロキに操られたバートンと傭兵たちはヘリキャリアを急襲し、エンジンを爆破し航行不能に陥らせようとしていた。トニーとスティーブは協力して停止したエンジンを再起動させようとする。バナー博士は爆発の衝撃で我を忘れて凶暴なハルクに変身し、ナターシャを襲うが、ソーが間一髪それを食い止める。バートンはナターシャとの激しい格闘戦の末に倒されて、ロキのマインド・コントロールから解放された。独房から抜け出したロキは駆けつけたソーを代わりにそこに閉じ込めると、駆けつけたコールソンを刺し殺し、さらにソーを独房ごと空飛ぶ空母から地上に投げ出した。そのまま、ロキは首尾よくヘリキャリアからの脱出に成功する。ハルクは自分を狙ったS.H.I.E.L.D.の戦闘機を攻撃しようとして地上へと落下してしまった。S.H.I.E.L.D.はコールソンを失ったが、[9]その死をきっかけにアベンジャーズは結束する事となる。トニーとスティーブは、ロキの目的がアベンジャーズの打倒にとどまらず、自身の力を見せ付けて地上に君臨することであると気付く。ロキはキューブとセルヴィグが作った装置を使ってスターク・タワーの真上にワームホールを開くと、チタウリの艦隊を呼び寄せ、ついに攻撃を開始した[10]。
反撃するアベンジャーズであるが、チタウリの波状攻撃にてこずる。スティーブ、トニーとソーは、バートンの助けも借りて、ニューヨーク市民を安全な地下に避難させる。再びバナー博士はハルクに変身し、ロキを追い詰め、滅多打ちにした。スターク・タワーの屋上に到達したナターシャは、ロキのセプターを使えばワームホールを閉じられることを目が覚めたセルヴィグから教えられる。一方、フューリーの上官たちは侵略を食い止めるためにマンハッタンに核ミサイルを打ち込むことを決定していた。トニーは発射された核ミサイルに飛び乗り、無理やり進行方向を曲げてワームホールを通してしチタウリの艦隊へと向かわせる。ミサイルがチタウリの母艦に命中すると、地上にいるチタウリの兵士たちが動かなくなった。アーマーのパワー切れでトニーはニューヨークの街に落下するが、地表に激突する寸前でハルクが受け止める。ワームホールはナターシャの手で完全に閉じられた。平和な日常に戻り、ソーはロキとキューブとともにアスガルドに帰った。アベンジャーズは再び必要とされる時に必ず戻ってくる、とフューリーがヒルに語った。
主要クレジットが流れた後、ジ・アザーが主であるタイタン人のサノスに、うかつに地球に手を出せば、死を招く結果になる危険性を訴えるが、サノスはアベンジャーズに興味を持つように不適な笑みを浮かべていた。全クレジットが流れた後、アベンジャーズがシャワルマ専門店で黙々とシャワルマを食べるシーンがある。
