毎日全部バレンタインデーだ

山姆魏瓦奇（西亞李畢福飾）成功阻止了狂派變形金剛和博派變形金剛的對決，拯救了全世界的兩年後，他雖然被視為英雄人物，但是他還是一個青少年，對於即將要上大學這件事充滿了焦慮，尤其是要離開他的女友蜜琪（梅根福克斯飾）以及第一次離開他的父母（凱文鄧恩及茱莉懷特飾演）。

他也必須向留下來守護他的變形金剛大黃蜂解釋，他不希望他跟他去大學，因為山姆只想要過一個平凡的大學生涯，但是他這麼做，就必須拋開他的宿命。正當山姆想要盡可能把之前被捲入變形金剛大戰的事件撤底忘記的同時，那場大戰卻造成了很多改變。第七區被政府關閉，而忠心耿耿的辛蒙斯幹員（約翰特托羅飾演）則被開除。一個被稱為NEST的單位取代了第七區，他們利用藍尼中校（喬許杜漢默飾演）以及艾普（泰瑞斯吉布森飾演）曾經和狂派變形金剛交過手的經驗，和博派變形金剛攜手合作，避免狂派變形金剛再次肆虐地球。

只可惜短視的美國政府國家安全局顧問席多蓋洛威（約翰班傑明希奇飾演）只想掌控美國所有的國防單位以及它們的力量，同時他認為NEST是無關緊要的單位，因為狂派變形金剛不再構成威脅，所以打算關閉NEST。他認為人類不該捲入博派及狂派變形金剛的紛爭。

而當山姆好不容易甩掉一直對他碎碎唸的父母，來到他的宿舍寢室時，卻發現他的室友李歐（羅曼羅德里格茲飾演）除了是個瘋電腦的宅男以外，也無所不用其極想要把大學的校花艾莉絲（伊莎貝拉盧卡斯飾演）。這時候山姆的腦海突然像被閃電擊中一樣，看到一幕一幕的影像從眼前閃過。他很怕自己像他的祖父一樣發瘋了，一開始死也不肯說出這個秘密，後來才發現出現在他腦海中的這些符號絕對不容忽視。這下子他原來打算過平凡生活的計劃又泡湯了，山姆再度被捲入博派與狂派變形金剛的大戰，這次會影響整個宇宙的命運，而山姆卻不知道，這場正邪之戰的關鍵就掌握在他手中。但是靠著他的好友、他在NEST的戰友，甚至靠著他的父母的幫忙，山姆終於接受魏瓦奇家族與生俱來的責任，不再逃避他必須承擔的責任，也真正學會沒有犧牲就沒有勝利的意義。