O Capitão América, Steve Rogers (interpretado por Chris Evans), que gradualmente se habituou à vida moderna, começa a sentir um perigo latente no interior da S.H.I.E.L.D. após uma missão. Ao descobrir o "Projeto Insight", mantido em segredo pela organização, a sua indignação aumenta. Um dia, o diretor da S.H.I.E.L.D., Nick Fury (interpretado por Samuel L. Jackson), é atacado por um grupo de homens armados, e ele faz um esforço supremo para entregar um pen drive ao Capitão América, que contém o segredo mais importante e mais aterrador da agência desde a Segunda Guerra Mundial. Posteriormente, o Capitão América é acusado de assassinar Nick Fury e perseguido pelo ex-diretor Alexander Pierce (interpretado por Robert Redford). Durante a fuga, ele recebe ajuda da Viúva Negra (interpretada por Scarlett Johansson) e do veterano de guerra Falcão (interpretado por Anthony Mackie).