前警衛艾莉絲和環保人士馬特安德森在上一部電影中經過一系列戰鬥設法逃出殭屍爆發源頭,地下遺傳研究設施「蜂巢」。兩人打算揭露保護傘製藥公司在蜂巢的非法實驗,但電影最後都落入保護傘控制。
保護傘派工作組前往蜂巢調查情況,但殭屍很快脫離控制,並因工作組打開封鎖向附近的拉昆市蔓延。保護傘立刻將公司重要人員轉移並隔離城市,研究員查爾斯阿什福德博士之女兒安吉拉阿什福德轉移期間遇車禍失蹤。與此同時,拉昆市警察局特別戰術和救援組特工吉兒瓦倫汀在停職期間返回前分局,向同僚建議撤出拉昆市。艾莉絲在廢棄醫院甦醒,然後在市里四處尋找物資,保護傘同時用唯一通往外界的橋梁疏散平民。瓦倫汀在橋上遇到前搭檔佩頓韋爾斯警佐,但他被殭屍咬傷並感染。由於病毒已蔓延到橋上,保護傘駐拉昆市部隊指揮蒂莫西凱恩少校下令封鎖出口,強迫居民返回市內。
保護傘部隊軍人卡洛斯奧利維拉和尼古拉齊諾比耶夫嘗試營救平民,但白忙一場之餘還被部隊拋棄,兩人與倖存的特別戰術和救援組特工反擊殭屍又很快就被擊潰,奧利維拉也被咬傷感染。瓦倫汀、韋爾斯和新聞主播特里莫拉萊斯躲藏時碰到殭屍,幸得艾莉絲所救。保護傘派出嚴重變異的超級士兵實驗體追跡者殺死殘留的特別戰術和救援組特工並追殺艾莉絲。阿什福德博士侵入城市閉路電視系統並聯絡艾莉絲及其他倖存者,聲稱只要幫忙找到安吉拉,自己會安排大家撤出拉昆市。他還向奧利維拉和齊諾比耶夫提出同等條件,稱保護傘打算動用核彈摧毀拉昆市,一勞永逸地擺脫殭屍問題。
艾莉絲等人前往安吉拉所在地,但在路上遇到追跡者。瓦倫汀殺掉變成殭屍的韋爾斯,艾莉絲被追跡者打傷,只能分頭逃跑,確保其他人脫險。瓦倫汀和莫拉萊斯繼續前行,路上救出被困平民L.J.。瓦倫汀碰到奧利維拉,眾人救出安吉拉,但莫拉萊斯和齊諾比耶夫被殺。安吉拉承認殭屍爆發是因父親創造的病毒導致,但博士此舉是為治療女兒的遺傳病,她必須定期注射病毒才能活下來,同時還要注射抗病毒血清以免變成殭屍。艾莉絲用抗病毒血清治好奧利維拉,博士將直升機等待的撤離點位置告訴艾莉絲。眾人抵達集合點後卻被保護傘部隊偷襲,凱恩少校殺死博士後逼艾莉絲和追跡者戰鬥,聲稱艾莉絲的體能已被T病毒大幅強化。艾莉絲打倒追跡者,但在發現他是被保護傘實驗變異的安德森後停手。
追跡者轉為攻擊凱恩少校及其手下,但為保護艾莉絲被殺。其他倖存者控制直升機後把凱恩少校推出去,後者隨即被殭屍吞沒,其中還有剛變成殭屍的博士。直升機飛離城市,但因核彈引爆墜毀,艾莉絲為挽救安吉拉被金屬杆刺穿。電視新聞播放的錄影聲稱拉昆市核電站堆芯熔毀導致慘劇發生,掩蓋保護傘的所作所為。艾莉絲在保護傘的研究機構甦醒,然後在奧利維拉、瓦倫汀、L.J.和安吉拉的幫助下逃離。此時保護傘高管亞歷山大艾薩克斯博士出現,聲稱公司有意讓艾莉絲逃走。