在与红骷髅展开一场惊心动魄的殊死决斗后，美国队长克里斯·埃文斯（Chris Evans ）驾驶着失控飞机，一头扎进了茫茫冰原。弥留之际，他向佩吉·卡特（Hayley Atwell 饰）深情告别，两人就此阴阳两隔。 一年过去了，佩吉被安排到一个冷清的部门，完全得不到重用。尽管她向上司主动请缨，可上司根本不把她当回事。 一天晚上，佩吉被留在办公室加班。突然，电话铃声打破了寂静，对方称已锁定十二宫的位置，那里的人携带着威力巨大的武器，请求特工局派探员支援。佩吉没有向上司汇报，毅然决然地独自前往目的地。 在夜幕的掩护下，这位勇敢的女子孤身闯入了虎穴……