在基地的监控系统里，艾丽丝看到多个按真实城市1:1复制的“试验场”——东京街头的丧尸暴动、纽约巷战中的舔食者突袭、莫斯科雪地的生化犬追击，每个场景都对应着保护伞公司测试生化兵器实战效果的实验。而更危险的是，这些场景中不仅有失控的丧尸，还有被“红皇后”控制的克隆军团——包括艾丽丝曾经的战友吉尔·瓦伦蒂安西耶娜·盖尔利 饰、卡洛斯·奥利维拉奥德·菲尔 饰，甚至还有“追迹者”等经典生物兵器的升级版。
为打破困境，艾丽丝意外与神秘特工艾达王李冰冰 饰相遇。艾达王透露，保护伞高层威斯克肖恩·罗伯茨 饰已背叛公司，暗中组建反抗军，计划摧毁“红皇后”主机。两人结成临时同盟，穿越层层关卡：在东京场景中躲避被病毒感染的上班族丧尸，在纽约地铁遭遇变异的舔食者，在莫斯科冰原对抗装备重火力的克隆士兵。途中，她们还遇到了由里昂·S·肯尼迪乔翰·厄布 饰、巴里·伯顿凯文·杜兰 饰组成的“三角洲小队”，众人合力突破克隆军团的围堵，向基地核心区域推进。
然而，真正的危机来自“红皇后”的终极防御——克里斯与吉尔的克隆体。作为艾丽丝曾经最信任的伙伴，克隆版克里斯温特沃斯·米勒 饰与被“精神控制器”操控的吉尔成为拦路者，双方展开激烈对决。艾丽丝在失去超能力后，凭借多年战斗经验与艾达王配合，最终除吉尔的控制器，让她恢复神智。
决战时刻，众人抵达“红皇后”主机房，却发现威斯克的“反抗”只是骗局——他意图夺取“红皇后”控制权，将生化兵器据为己有。艾丽丝与觉醒的吉尔、艾达王联手，在基地自毁倒计时中摧毁主机，最终决战摧毁水下基地。影片，艾丽丝与幸存的里昂、吉尔等人登上反抗军直升机，望着远处升起的蘑菇云，脚下的地球已沦为生化病毒的猎场，新的战斗才刚刚开始。