Lepas Stressssssssssssssssss!!!

Film ini dimulai dengan penjelasan oleh Optimus Prime mengenai asal-muasal peperangan di planet Cybertron antara kaum Autobots dan kaum Decepticons. Perang ini membuat sebuah Kubus Energon, atau yang biasa dinamakan sebagai Allspark terlempar ke angkasa luar dan jatuh di bumi. Namun sepertinya semua sudah terlambat, sebab para Decepticons telah berada di bumi, mencari kesempatan untuk bisa menemukan Kubus tersebut.

Kesempatan itu pun akhirnya tiba. Blackout mendatangi sebuah markas Angkatan Udara Amerika Serikat yang berada di Qatar. Ia kemudian menghancurkan markas tersebut, membunuh seluruh tentara yang berada di dalamnya. Tujuan utamanya adalah menyusup ke dalam jaringan data militer AS untuk mencari informasi keberadaan Kubus tersebut. Namun, segala usahanya mampu digagalkan. Tidak puas akan kegagalannya, ia kemudian melepaskan Scorponok dari punggungnya. Robot kalajengking tersebut terus bergerak mencari tentara yang mampu melarikan diri dari pembantaian di markas.

Setelah kegagalan tersebut, Frenzy menyusup ke dalam pesawat kepresidenan AS, Air Force One. Kali ini, ia berhasil mencari informasi yang dicari oleh Decepticons: keberadaan Megatron, keterlibatan Sector Seven, serta kacamata leluhurnya yang dilelang oleh Sam Witwicky. Dalam kacamata tersebut tersimpan koordinat di mana Kubus itu berada.

Sementara itu jauh di daratan AS, kehidupan Sam mulai memasuki babak baru setelah ia lulus ujian presentasi. Sebagai hadiah, ayahnya membelikannya sebuah mobil baru yang ternyata bisa berubah menjadi sebuah robot bernama Bumblebee. Pada awalnya, ia sempat kaget akan apa yang dilihatnya ketika Bumblebee berdiri tegak di hadapannya, sehingga pada akhirnya ia terjebak oleh pengejaran Barricade. Barricade menyerangnya, menginterogasinya, dan menanyakan keberadaan kacamata leluhurnya. Pada saat genting, Bumblebee menyelamatkannya bersama dengan Mikaela Banes, teman wanita Sam yang terjebak dalam situasi itu.

Pengejaran pun terjadi antara Bumblebee dan Barricade, yang menandakan awal pertempuran antara Autobots dan Decepticons di bumi. Pada suatu pertarungan satu lawan satu, Barricade melepaskan Frenzy untuk memburu Sam. Walaupun Barricade mampu dikalahkan, Frenzy akhirnya tetap selamat dengan cara menyamar menjadi mobil phone milik Sam. Kini, Frenzy ikut bersama Sam, Mikaela, dan Bumblebee ke mana pun mereka pergi.

Di saat yang sama, Optimus Prime, Jazz, Ratchet, dan Ironhide tiba di bumi. Mereka bertemu dengan Sam dan Mikaela, setelah Bumblebee mempertemukan mereka semua di sebuah gang kecil di tengah kota. Para Autobots juga ternyata sedang mencari keberadaan Kubus tersebut, berusaha untuk menghancurkannya agar perang bisa berakhir. Untuk itu, Sam harus mencari kacamata leluhurnya yang masih disimpan di rumahnya.

Namun sayang, walaupun Sam berhasil menemukannya, agen-agen Sector Seven mendatangi rumahnya dan menangkap seluruh anggota keluarganya, termasuk dirinya dan Mikaela. Ketika para Autobots mencoba menyelamatkannya, Bumblebee mampu dilumpuhkan oleh pasukan elit Sector Seven. Baik Sam, Mikaela, maupun Bumblebee akhirnya dibawa ke Hoover Dam, di mana Kubus tersebut berada. Ternyata lokasi Kubus itu tidak terlalu jauh dari tempat di mana Megatron dibekukan selama ratusan tahun.

Setelah mengetahui keberadaan Kubus tersebut, Frenzy lalu mengontak para Decepticons bahwa Kubus itu telah ditemukan. Starscream, Barricade, Brawl, Bonecrusher, dan Blackout pun langsung bergerak. Starscream menyerang Hoover Dam, menyelamatkan Megatron dari kebekuannya selama ratusan tahun. Merasa ancaman besar sudah berada di depan mata, Sector Seven setuju untuk melepaskan Bumblebee, membiarkannya mengamankan Kubus itu dari tangan Decepticons.

Megatron akhirnya menyadari bahwa Kubus itu telah dibawa oleh Sam, Mikaela, dan Bumblebee ke Mission City. Bumblebee pun kembali bergabung dengan Optimus Prime, Jazz, Ratchet, dan Ironhide. Di tengah perjalanan ke Mission City, mereka dihadang oleh Bonecrusher dan Barricade. Keduanya kemudian dikalahkan oleh Optimus Prime setelah kepala mereka terpenggal dalam pertempuran di jalan tol.

Setibanya mereka di Mission City, para Decepticons yang tersisa mulai berkumpul akhirnya berhadap-hadapan dengan para Autobots yang dibantu oleh tentara AS. Brawl berhadap-hadapan dengan Jazz, Ratchet, Ironhide, serta tentara AS yang menyertai mereka. Blackout terkadang menyerang para Autobots sesekali, namun tidak mampu melumpuhkan Autobot apapun. Starscream lebih banyak membantu Megatron dalam usahanya meraih Kubus yang diamankan oleh Sam. Jazz tewas ketika tubuhnya dibelah dua oleh Megatron.

Optimus Prime pada akhirnya berhadap-hadapan satu lawan satu dengan Megatron, walaupun pertarungan seakan didominasi oleh kekuatan Megatron. Satu per satu, Brawl dan Blackout tewas dalam pertempuran. Hanya Sam lah yang akhirnya mampu membunuh Megatron dengan memasukkan Kubus tersebut ke dadanya.

Di akhir film, seluruh mayat para Decepticons diceburkan ke Palung Laurentian, palung terdalam di dunia. Diharapkan agar tubuh mereka hancur dihantam tekanan air yang luar biasa. Namun, tunggu dulu! Kisah belum selesai, karena Starscream mampu selamat dari pertempuran. Dia terbang melesat ke angkasa luar, memanggil rekan-rekannya untuk membalas dendam kepada para Autobots.