Com a ajuda do Arsenal, os Vingadores devem impedir o Thanos de conseguir as Joias do infinito (uma fonte de energia tão poderosa que poderia causar destruição em massa). Suas lutas os leva para a Área Azul da Lua onde vive o Uatu, o Vigia, que permite que os Vingadoresusem sua base para descobrirem tudo sobre Thanos.

Graças aos truques do Loki, Hulk e Thor são levados a uma batalha e transportados para Valhalla para descobrir quem é o mais forte de uma vez por todas. Mas sob o governo de Hela, que os desafia dizendo que apenas o perdedor de seu concurso pode retornar ao Planeta Terra, enquanto o vencedor se tornará seu prisioneiro e campeão. Enquanto isso, Loki usa o chifre da Hela para desencadear um exército de esqueletos e invadir a Terra.

Caveira Vermelha tem informações que pode ajudar os Vingadores a salvar o mundo de Thanos, mas um intruso sequestra o Caveira Vermelha antes que eles pudessem obter as informações. Capitão América descobre que o invasor não é ninguém menos que o seu velho amigo Bucky Barnes (agora o Soldado Invernal), que está de volta em busca de vingança.

Quando o Gavião Arqueiro e a Viúva Negra tropeçam em cima da Serpente Crown, eles devem trabalhar em conjunto com os atlantes, liderados pela ex-conselheira do Attuma Lady Zartra, para parar o batalhão de Attuma de destruir Atlantis e controlar a besta Giganto.

Quando um novo vilão misterioso chamado Falcão Noturno usa medidas contra os Vingadores, criadas pelo Falcão quando ele estava na S.H.I.E.L.D. para derrubar os Vingadores, um por um, Falcão deve descobrir uma maneira de salvar a sua equipe.

Quando a joia do Tempo penetra no Reator-Arc do Tony Stark, faz com que ele comece a rejuvenecer, entre outros perigos temporais causados por ela como: dinossauros, Robôs do futuro e esquadrões perdidos da Hidra, na Cidade de Nova Iorque. As coisas pioram quando o Caveira Vermelha é libertado durante a crise.

Depois de impedir a I.M.A. de lançar um míssil, o Homem de Ferro pensa que os Vingadores são quase perfeitos. Mas quando MODOK usa a joia da mente para assumir o controle da S.H.I.E.L.D., os Vingadores devem aprender a trabalhar com os corpos trocados, a fim de derrotar MODOK e recuperar a joia da mente. Agora cabe ao Gavião Arqueiro (no corpo do Thor) convencer o Homem de Ferro (no corpo do Gavião) que eles têm que se tornarem mais do que perfeitos.

Em uma realidade invertida, onde super-heróis são supervilões e vice-versa, o Homem de Ferro recebe uma visão estranha, depois de enfrentar o Esquadrão Supremo. Ele e as versões "mal" dos outros Vingadores descobrem que o Esquadrão Supremo tem a Joia da Realidade, e a usaram para mudar o mundo à sua imagem.

Thor é chamado para voltar a Asgard como convidado para o Salão de aprendizagem de Asgard para os Jogos de aprendizagem, Hulk e Gavião Arqueiro o seguem. Enquanto isso, terremotos ocorrem na Terra, e ela e Asgard estão sendo puxadas em direção a outra pela Joia do Espaço que está na posse de Loki.

Depois que os Vingadores param a Gangue da Demolição de usar armamento de um armazém abandonado da I.M.A., Falcão mostra ao Gavião Arqueiro seu armamento atualizado, porém um portal de Asgard os transporta para Vanaheim. Uma vez lá, a Sombra Nyx drena a eletricidade do Falcão e eles são salvos por Freya. Falcão deve provar a si mesmo e ao Gavião, que ele ainda é um herói e impedir a Sombra Nyx de ultrapassar Vanaheim, e reiniciar a grande luz que os manteve na baía. Como consequência do transporte do Falcão e Gavião, duas Sombras Nyx são transportadas para Manhattan e o resto dos Vingadores devem mantê-las longe das energias da Terra.

Viúva Negra e Thor trabalham duro para tirar as Joias do infinito da terra, depois que a Viúva teve uma visão do Tony Stark usando as Joias do Infinito para se tornar o "Imperador Stark". O plano é escondê-las antes que Thanos retorne à Terra. Depois de uma tentativa de escondê-las em Asgard, Viúva tem um visão do Heimdall governando Asgard. Thor e Viúva Negra são atacados pelos Guardiões da Galáxia, mas os Vingadores aparecem para ajudá-los. Depois, os Vingadores são avisados ​​pelo Doutor Estranho sobre os efeitos que as Joias do Infinito estão tendo sobre a realidade, logo em seguida Dormammusai de um portal. Vendo a queda dos Vingadores, Viúva Negra usa o poder das Joias. Ela consegue salvá-los, mas as jóias acabam dominando ela. Com a ajuda da equipe, ela consegue tirar o poder. Antes que eles possam "levá-las" para um local seguro, Thanos retorna e assume o controle delas. Os Vingadores são deixados para trás para ver o fim do universo.

Com o poder e a força das cinco Joias do Infinito, finalmente, em sua Manopla do Infinito, Thanos pretende exercer seu poder sobre o Universo, enquanto os Vingadores aparecem em uma tentativa desesperada de detê-lo. A equipe é capaz de reconstruir Arsenal e derrota Thanos. Infelizmente, Arsenal é dominado pela inteligência artificial chamado Ultron que usa os poderes absorventes do Arsenal para tomar o poder das Joias do Infinito para si mesmo.

Com o corpo do Arsenal e o poder das Joias do infinito em sua posse, Ultron inicia sua campanha assassina contra a humanidade, assumindo o controle das tecnologias das Indústrias HAMMER e da I.M.A.. A fim de libertar o Arsenal do controle de Ultron, Homem de Ferro ativa um Malware destruidor, a fim de desativar Ultron. Homem de Ferro descobre sua localização na base da I.M.A, usando seu detector de Ultron, o que ele não compartilha com sua equipe. Mais tarde, ele alega que ele era apenas suspeito, por isso ele não compartilhou os detalhes. Durante a briga com Ultron, Tony é capaz de injetar em Ultron o Malware destruidor com a ajuda de seus companheiros de equipe. De qualquer forma, ele destrói apenas 95% do Ultron, e ele acaba reiniciando e derrota o Homem de Ferro. Isso irrita o Capitão América, pois o Tony arriscou muitas vidas na Terra por causa dos seus sentimentos pessoais pelo Arsenal. No final, após uma discussão com Tony, o Capitão América se demite dos Vingadores.

Depois que o Capitão América deixa os Vingadores, o Homem de Ferro continua buscando por recentes informações sobre Ultron, a Roxxon é atacada por um reconstruído Adaptoid que está sendo controlado por Ultron. Os Vingadores juntamente com o Homem-Aranha lutam contra o Adaptoid, até que o Capitão América chega. Ultron assume o controle da equipe robótica avançada da S.H.I.E.L.D.. Depois, Ultron assume o controle da Torre dos Vingadores, procedido pelo controle da armaduras do Homem de Ferro. Quando Ultron assume o controle sobre os satélites de Stark para lançar mísseis, o Homem de Ferro decide destruir a Torre e suas tecnologias para impedi-lo. Depois o Homem-Aranha tenta fracassadamente convencer o Capitão América e Homem de Ferro para pararem de brigar, os Vingadores são divididos em duas equipes, uma ao lado do Tony com Gavião Arqueiro e Thor ao seu lado, e a outra ao lado do Capitão América com Viúva Negra, Hulk e Falcão. No final do episódio, mostra-se que tudo isto era plano do Ultron.

Após a destruição da Torre dos Vingadores, e a divisão da equipe, o Homem de Ferro, Thor e Gavião Arqueiro vão lutar contra o Homem-Absorvente e a Titania. O Homem-Formiga aparece e ajuda Tony Stark a reparar sua armadura, e ainda ajuda a sua parte dos Vingadores quando agentes da I.M.A. tentam roubar as Partículas Pym para que o MODOK possa usá-las.

A equipe do Capitão América descobre que trabalhar para a S.H.I.E.L.D. não é tudo o que eles esperavam, quando são ordenados por Nick Fury, a seguir o Dínamo Vermelho até a Guarda do inverno. Quando o Dínamo Vermelho recebe uma chave para uma fonte de energia a equipe suspeita.

Os Vingadores se unem novamente quando o Capitão América e Homem de Ferro aprendem a aceitar as suas diferenças ao tentar salvar o mundo da destruição final, prometida por Ultron, que utiliza um nano-vírus modificado para transformar Falcão em um hospedeiro, e transportar os vírus, para transformar todos os seres humanos em "Sentinelas Ultron". O Homem-Formiga trabalha em uma cura para o "nano-vírus" depois que o Falcão é detido. Capitão América e o Homem de Ferro vão atrás de Ultron, enquanto o restante da equipe fica na cidade na tentativa de diminuir a infecção. No final, antes do Homem-Formiga curar o Falcão acorda temporariamente e consegue bloquear a transmissão para salvar todos os seres humanos transformados. Capitão América e o Homem de Ferro enfrentam Ultron, fazendo o Homem de Ferro tomar uma medida extrema para enganar Ultron, fazendo-o seguir até a "Fortaleza Aérea" da S.H.I.E.L.D., que estava com seu curso programado para o sol, graças ao Homem de Ferro. Embora Ultron tenta escapar da armadilha suicida, tentando invadir o Homem de Ferro, Arsenal domina o Ultron temporariamente e voa para o sol, enquanto Homem de Ferro é resgatado por Thor. Com os Vingadores reunidos novamente, o Capitão América e Homem de Ferro convidam o Homem-Formiga para a equipe.

O Homem-Formiga é oficializado como um "Vingador", além de ser revelado sua identidade como Scott Lang. O Gavião Arqueiro desconfia dele, devido a um passado mal explicado dos dois; Capitão América decide levar Scott e Gavião para a "Ilha dos Monstros", para avaliação, colocando o Gavião como avaliador. Eles são surpreendidos, quando descobrem que o Caveira Vermelha e um pequeno exercito do Dormammu estão planejando criar uma proteção contra o retorno de Thanos, declarado pelo Caveira.

Um membro do Esquadrão Supremo chamado: Speed Demon, invade a Torre dos Vingadores secretamente, e causa muita destruição. Ao tentar impedí-lo, Hulk é transformado em uma bomba gama pelo "Speed", deixando-o cada vez mais cheio de energia e próximo de explodir. Cabe a ele impedir este vilão e salvar a Torre dos planos do Esquadrão.

Homem-Formiga sai sozinho em uma missão, trazendo seus antigos aliados à justiça. Sua busca pela redenção leva a equipe para uma batalha épica com o "Doutor Espectro" (que era uma das pessoas que o "Homem-Formiga" vendeu sua tecnologia). Durante a batalha, Espectro usa seus poderes para manifestar os pesadelos do Homem de Ferro, Capitão America e Thor que se transforma em Ultron, Loki e Soldado Invernal para atacá-los.

Quando uma crise em um zoológico surge e Zarda aparece para ajudar, Thor fica intrigado e a segue, afinal eles são ambos guerreiros de linhagem nobre. Mas ao ficarem sozinhos, Zarda faz a Thor uma proposta que pode mudar o rumo dos Vingadores.

O plano do Falcão Noturno se inicia e os Vingadores terão de estar um passo a frente do vilão e do Esquadrão Supremo se quiserem derrotá-los e vingar a Terra.

O Esquadrão Supremo assumiu o controle da Terra, onde eles conseguiram derrotar os atlantes seguidores do Attuma, Hulk vermelho, prender o Doutor Estranho em uma armadilha especial, e manter o Homem-Aranha ocupado com os seus robôs. Sem o conhecimento do Esquadrão e do resto do mundo, os Vingadores estão escondidos e trabalhando em um plano para salvar o planeta e parar o Esquadrão Supremo de uma vez por todas. Os Vingadores iniciam um ataque surpresa ao Esquadrão Supremo que nem mesmo o Falcão Noturno está preparado. Em desespero, como parte de seu plano de contingência, ele faz com que o Hyperion absorva os poderes do seu aliado, e ordena que ele destrua o planeta, explodindo seu núcleo.

A Ordem Negra (que consiste em Corvus Glaive, Proxima Midnight, Ebony Maw, Black Dwarf e Supergiant) se infiltraram numa prisão especial, onde eles acabam libertando seu mestre Thanos. Quando o Korbinite Jeter Kan Too de Nova Korbin implora aos Vingadores para salvá-los dos invasores misteriosos, a equipe acaba descobrindo que Thanos e a sua Ordem Negra estão destruindo a Nova Korbin.

Quando Thanos e a Ordem Negra atacam a Terra, eles planejam dominar o planeta e destruir os Vingadores. A equipe dos Vingadores descobrem que eles são mais que oito heróis, os Vingadores são é uma união global. No final do episódio Tony diz ao Steve que eles precisam recrutar mais membros, mostrando um holograma global indicando a localização da Capitã Marvel, Doutor Estranho, Homem-Aranha, Pantera Negra e o Cavaleiro da Lua.