初感染から３年、全世界で猛威を振るうＺＮ１ゾンビウイルスのため、人類は絶滅の危機にさらされていた。ハモンド中尉は、ある男をニューヨーク州からカリフォルニア州へ移送せよとの命令を受ける。その男は、ウイルス感染の生存者として知られる唯一の人物だった。彼の血は、ワクチン開発の最後の希望である。中尉は命令を遂行するため、ゾンビと日々戦う兵士たちの手を借りる。

カリフォルニア州へと向かう一行。ニュージャージー州に入ったところで、ガソリンが切れそうになる。ゾンビだらけの給油所で、一行はガソリン補充のために危険なミッションに挑む。そんな中、カサンドラは自身の過去につきまとわれる。一方、カリフォルニア州のウィルソン山がゾンビに襲われる。市民Ｚは、研究員を逃がすか、ワクチンの情報データを守るかという究極の決断を迫られる。

一行は、食料と水を求め、フィラデルフィアの危険地域にやって来る。そこで出くわしたのは、異常な無法者たちだった。自分たちを「家族」と呼ぶ彼らの出現で、カサンドラの過去と、目を疑いたくなるような彼らの実態が明らかになる。人間の敵はゾンビだけではなかった。仲間を救うため、無法者たちとの対決を余儀なくされる一行は、意外な方法で敵を陥れる。

カリフォルニア州への旅を続ける一行。ゾンビよりも何よりも、窮地に立たされた人間ほど恐ろしいものはない。陸路の旅が危険だと考えた一行は、ヘリコプターがあるとの情報を得て、バージニア州の感染対策本部に向かう。ゾンビがうろつく対策本部。しかもそこには、最強のゾンビ兵士がいた。一方、一瞬のためらいもなくゾンビを倒し続ける10Ｋの謎めいた過去が明らかになる。

イリノイ州にやって来た一行。ゾンビ感染が始まってから、誰もが家族を失ってきた。ウォレンにも、何年も行方不明の夫がいる。巨大竜巻から身を守るためにウォレンの故郷へ向かう一行。そこは彼女にとって、夫との思い出が詰まった町だった。夫と再会したいという思いを募らせる一方で、ウォレンはガーネットとも急接近していく。そんな中、マーフィは自分の体に異変を感じ始める。

大切な仲間、ガーネットを失ったチーム。ウォレンはなかなか悲しみのふちから抜け出せずにいる。カンザス州に入った一行は、楽しそうな射撃コンテストに出くわし、優勝賞品の銃を狙う10Ｋが自信満々に参加する。そこにやって来るゾンビの大群。津波のように地平線を埋め尽くすゾンビが、人々を襲う。一方、車を奪おうと持ち主にかみつくマーフィ。すると持ち主に不思議な変化が現れる。

３日間水分を取れず、脱水状態で思うように体も動かせない一行。そんな彼らをゾンビ津波が襲う。寒さに弱いゾンビたちが、その数を増やしながら南下しているのだった。一行は遺体安置所に逃げ込むものの、逃げ場を失って絶体絶命のピンチに。そして、最後の指令センターを守る市民Ｚの前に、予期せぬ訪問者が現れる。孤独な日々を送る市民Ｚにとって、それは心強い同志の誕生となるのか。

ユタ州をバイクで走るマックとアディ。仲間とはぐれて、すでに数日が経つ。２人は、仲間との合流方法を模索するが、関係はぎくしゃくし始める。マックによそよそしい態度を取るアディは、昔の記憶だと思われる映像のフラッシュバックに悩まされていた。精神的に参った２人は、奇妙なループに迷い込んでしまったのか。何が現実で何が夢なのか。記憶から消し去ったアディの過去が蘇る。

車がガス欠になり、一行は歩いてサウスダコタ州の森を移動する。だが、ようやくたどり着いた小さな町は、重大な危機に直面していた。町の原子炉が48時間以内にメルトダウンを起こすというのだ。町には、放射線に汚染されて発光する新手のゾンビも登場。仲間たちは、マーフィを放射線被ばくから守りながら、町の住人と共にメルトダウンを食い止めようと果敢に原子炉に向かう。

ようやくマックとアディに再会した仲間たちは、１人で旅をしていた少年の案内でユタ州のコミューンにやって来る。そこは、男に傷つけられた女たちが暮らすコミューン「慈悲のシスター園」だった。奇妙なくらい平和な共同体で休養する、ウォレン、カサンドラ、そして過去の思い出に葛藤するアディ。アディの心は揺れ動く。だが仲間の１人が撃たれると、ユートピアの幻想は一気に崩れ去る。

コロラド州を西へと走る一行は、ゴルフ場でゾンビに襲われそうになるが、謎の３人組に助けられる。だが彼らにはめられ、マーフィは拉致されてしまう。彼らの狙いは、マーフィを利用して、オキシコドンを大量に貯蔵する建物を制圧することだった。市民Ｚの誘導で３人組を追ってきた一行は、クスリでハイになったゾンビたちと戦う。一方、マーフィは自身の持つ驚くべき力を発見する。

ゾンビウイルスの脅威が始まる４年前のニューヨーク・シティ。気味の悪い医者が、麻薬中毒者から脳組織を盗み出す。そして現在、ロッキー山脈西部を走る一行は、市民Ｚの指示でフォート・コリンズへと進路を変える。いよいよ彼らの旅も終盤へ。マーチ博士は現れるのか。ワクチンは開発されるのだろうか。チームと市民Ｚ、そして全人類の運命はいかに…。