机器人总动员电影曹焱兵一行因芦花古楼的覆灭被皇甫龙斗领导的天罡龙棋将栽赃嫁祸，全员受到灵域的通缉，在经过“天武街”和“风雷街”时，他们分别遭遇了王国组织的第三骑士红莲与第十骑士凯米拉。其后，曹焱兵为探寻母亲下落，故意被缉拿至由群英殿镇守的死牢“千机黑刹”。而其伙伴们为救曹焱兵，在多方驰援下，各方势力齐聚群英殿，展开了一场精彩绝伦的群英荟萃之战。