1941年、ナチス占領下のフランスの田舎町で、家族を虐殺されたユダヤ人のショシャナはランダ大佐の追跡を逃れる。一方、“イングロリアス・バスターズ”と呼ばれるレイン中尉率いる連合軍の極秘部隊は、次々とナチス兵を血祭りにあげていた。やがて彼らはパリでの作戦を実行に移す。

南大西洋を航海中の米軍の駆逐艦ヘインズは自艦に接近してきた独軍の潜水艦を捕捉し、やがて両者の間で一騎打ちが火蓋を切る。駆逐艦の艦長マレルはかつて妻を戦争で失い、対する独軍潜水艦の艦長フォン・ストルベルグも、愛児たちを祖国のために失った男。2人ともに戦争に対して実は批判的である立場ながら、見えない相手を好敵手と見なし、全力で戦いに臨む。やがて両者の間には互いに対する奇妙な尊敬の念が芽生えていく。

ナチスによってノルウェーに建設された、原爆製造のための重水工場。レジスタンスの指導者ストラウドは、工場爆破のために、物理学者ロルフの協力を得て特殊部隊を送り込む。だが作戦は失敗に終わり、ロルフは捕らえられてしまう。充分な量となった重水は、ドイツに運ばれていくが……。原爆の完成を阻止したレジスタンスの活躍を描く。

第2次世界大戦末期の1945年2月、連合軍は敗走するドイツ軍を追ってライン川に迫った。ドイツ軍は、天然の要害であるライン川を盾にして防御するしかなく、連合軍もライン川を渡河すべく、無傷の橋を目指していた。 ブロック将軍は上司から、担当地区に残る橋を全て爆破するように命じられたが、川の向こうには7万5000人の兵が残されており、この友軍が撤退できるようレマゲン鉄橋をぎりぎりまで残し、連合軍が間近に迫ってから破壊しようとする。将軍は腹心の部下、クリューガー少佐を橋防衛部隊の指揮官に任命し、連合軍が橋の目前まで迫るまで爆破しないように指示する。 クリューガー少佐が橋に赴くと、書類上では1600名の兵員が実際はほとんどおらず、爆破のための爆薬すら無い逼迫した状況であった。少佐は、爆破の準備や橋の防衛陣地の構築とともに増援部隊の派遣を要請するが、いくら要請しても生返事ばかりで一向に援軍が来る気配は無い。そうしているうちに、アメリカ軍のバーンズ少佐指揮の機甲歩兵大隊に所属する先遣隊が橋の間近まで迫り、橋をめぐる攻防戦が始まる。