«Мстители» — это кульминация Первой фазы киновселенной Marvel, и его сюжет содержит несколько ключевых поворотов. Главный антагонист, Локи, заключает сделку с Таносом: он добудет для него Тессеракт с Земли, а Танос предоставит ему армию Читаури для её завоевания. На протяжении фильма Локи не просто пытается открыть портал, но и активно манипулирует героями, чтобы они перессорились и уничтожили друг друга. Его пленение на Геликарриере оказывается частью плана: он провоцирует Халка и позволяет захваченному Клинту Бартону атаковать авианосец изнутри.
Ключевой твист и катализатор объединения — смерть агента Фила Колсона. Локи убивает его во время своего побега. Ник Фьюри использует окровавленные коллекционные карточки Капитана Америки, которые были у Колсона, чтобы эмоционально встряхнуть Мстителей и заставить их отбросить разногласия. Позже выясняется, что Фьюри солгал — карточки были в шкафчике Колсона, а не в кармане, но эта манипуляция сработала, дав героям то, «за что мстить».
Финальная битва и концовка: Мстители объединяются и вступают в бой с армией Читаури в Нью-Йорке. Ключ к победе — закрытие портала, который питает Тессеракт. Пока команда сдерживает натиск на земле, Чёрная Вдова с помощью скипетра Локи закрывает червоточину. В самый драматичный момент Совет Безопасности запускает по Манхэттену ядерную ракету. Тони Старк перехватывает её и направляет в портал, уничтожая командный корабль Читаури и отключая всю их армию. Он теряет сознание в космосе, но в последний момент падает обратно на Землю, где его спасает Халк. Локи побежден, Тессеракт возвращен в Асгард вместе с пленным богом обмана. Команда, доказавшая свою состоятельность, расходится, но остается готовой собраться вновь. В сцене после титров впервые появляется главный архитектор вторжения — Танос, что закладывает основу для будущих фильмов.