Genç Sam Witwicky’nin (Shia LaBeouf), savaşan robot uzaylıların arasında sonucu belirleyen bir savaşta evreni kurtarmasının üzerinden iki yıl geçti. Gösterdiği büyük kahramanlığa rağmen Sam, üniversiteye gitmek, kız arkadaşı Mikaela’nın (Megan Fox) yanından ayrılmak ve anne-babasından (Kevin Dunn ve Julie White) ilk kez ayrı kalmak gibi günlük endişeler yaşayan sıradan bir gençtir. Tabii ki bir de bu ayrılığı en yeni dostu ve koruyucu robotu Bumblebee’ye açıklaması da fazladan sıkıntılara yol açar. Sam’in hedefi normal bir üniversite yaşantısı yaşamaktır fakat bunun için kaderini gözardı etmesi gerekir.

Sam, Mission City’de yaşanan çatışmayı geçmişte bırakıp günlük hayata dönmek için çabalarken, Autobotlar ve Decepticon’lar arasındaki savaş her ne kadar gizli tutulursa tutulsun pek çok değişikliğe yol açmıştır. Sektör 7 bölümü bu arada dağıtılmış ve bölümün en sadık üyesi Ajan Simmons (John Turturro) işten çıkarılmıştır. Onun yerine NEST adında yeni bir kurum kurulmuştur. Lennox (Josh Duhamel) ve Epps (Tyrese Gibson) gibi sahada tecrübeli komutanlardan yararlanılan NEST, Decepticon’larla ölümcül bir çatışmaya daha girilmesini önlemek için Autobot’larla birlikte çalışmaktadır. Ne yazık ki Ulusal Güvenlik Danışmanı Theodore Galloway (John Benjamin Hickey) öngörülü biri olmadığından yaklaşan tehlikeyi tam olarak idrak edemez. Tüm savunma kurumlarının kontrolünü ele geçirmeye ve böylece onların gücüne sahip olmaya çalışan Galloway, kendince önemsiz bir kurum olarak gördüğü NEST’i, savaş tehlikesi ortadan kalktığı düşüncesiyle ortadan kaldırmayı amaçlar. İnsanların, Autobot’lar ile Decepticon’lar arasındaki savaştan herhangi bir çıkarı olmadığına inanmaktadır.

Sam’in yeni okulunda hayatı güzel bir seyre girmek üzereyken ve yeni fakat biraz baskıcı oda arkadaşı Leo’ya (Ramon Rodriguez) ile aynı derecede baskıcı fakat daha çekici Alice’e (Isabel Lucas)uyum sağlamaya başladığı sırada, Sam’in dikkati birden kafasında şimşek gibi beliren hayaller yüzünden dağılır. Büyükbabası gibi bunamaktan korkan Sam, bu hayalleri saklar, ta ki aklında uçuşan mesajları ve simgeleri daha fazla gözardı edemeyinceye kadar.

En iyi şekilde hazırlanmış planlarına karşın, Sam kendisini tekrar Autobot’lar ile Decepticon’lar arasındaki savaşta bulur ve yine evrenin geleceği tehlikededir. Henüz bilmese de, kötülük ile iyiliğin arasındaki mücadelede, en büyük gücün anahtarı Sam’in elindedir. Arkadaşlarının ve NEST’deki dostlarının, hatta anne ve babasının yardımıyla Sam nihayet Witwicky’lerin doğuştan hakkını benimser ve ailesinin felsefesinden daha fazla saklanmaz: Fedakarlık yoksa, zafer de yok!