巴黎作戰
在一片赤紅、荒廢的巴黎，WUNDER空降在此，由律子率領的作業人員試圖進行封印柱的復原作業。真希波駕駛的EVA8號機成功消滅NERV前來襲擊的航空特化型「EVA 44A」、陽電子炮裝備陸地型「EVA 4444C」以及電力供給特化型「EVA 44B」。最終成功啟動封印柱，將巴黎從L結界中復原，並啟動原NERV歐洲設施，取得JA-02機體改造成新2號機α以及8號機追加合體機能的部件。
在先前的戰鬥中，改2號機γ因與Mark.09一同自爆，因此僅剩上半身和一隻手健在，新2號機α的改造方式是以JA-02的機體和重武裝彌補這些缺陷。8號機則取得能藉著補食EVA來強化自身的新機能改造裝備。
第三村
明日香、綾波零（暫稱）和自責的碇真嗣流浪於赤紅大地，最終抵達第三村。第三村是十四年前第三次衝擊後生還的人們所建立的避難村落。他們在此重逢已成年的相田劍介、鈴原冬二及洞木光。冬二成為一名醫生，與光育有一個孩子，而劍介則是一名技術人員，他們對真嗣都很友好。綾波零在鈴原家中安頓下來，幫忙做些農活。明日香和真嗣則住在劍介家。真嗣精神恍惚，極度消沉，既不說話也不吃飯，看到明日香佩戴「DSS Choker」更讓他回想起渚薰之死，並出現嘔吐反應。明日香對真嗣表示失望，強迫餵他吃飯。之後真嗣離家出走，在綾波零溫暖的言語下，真嗣慢慢恢復了正常的心理狀態。他在幫忙第三村的工作時，透過劍介的引薦，遇見了葛城美里與已故加持良治的兒子小加持良治，並聽說了美里的掙扎。儘管逐漸找回自我，綾波零因無法依賴NERV維持自己的身體形態，最終在真嗣面前化為LCL而死亡。
南極決戰前準備
在與NERV的最終決戰前，WILLE的Wunder來到第三村接明日香。第三村的經歷讓真嗣決定一同重返Wunder。然而，真嗣不被允許登上EVA，並且與其他適格者一起被隔離在佈滿炸藥的房間。Wunder於衛星軌道準備決戰，製作了令第13號機無力化的「停止信號栓」，同時2號機及8號機也改造為「新2號機α」及「改8號機γ」，所有適格者也獲得全新的白色極深度潛航用耐壓試作作戰服。另一方面，NERV將作為總部的黑之月從箱根移動到第二次衝擊所在地南極，作為NERV與WILLE最終決戰的陣地。WILLE高層交代身後事，包括頒令WILLE附屬組織KREDIT全部功能脫離WILLE獨立運作，然後Wunder把物種保存艙從艦體排出後隨即開往南極上空，這些保存艙在結尾時仍飄浮在地球周圍。
南極決戰
為了消滅位於舊南極的NERV，WILLE發動了「大和作戰」。針對來自大氣層外WUNDER的強襲，冬月乘坐同型的2號艦迎擊並堅守本部。新2號機及改8號機出擊，雖然突破了大量EVA Mark.07的包圍，但最終遭到EVA腕型部隊阻擋。真希波殿後，讓明日香單獨朝第13號機前進。然而，停止信號栓被新2號機產生的AT力場阻擋。明日香借用使徒之力突破AT力場，但突然遭到第13號機的攻擊。第13號機將新2號機轟成碎片，並拔出插入栓，導致新2號機徹底崩毀。明日香察覺對方目的在於使徒化的自己，試圖以DSS Choker自殺，但被第13號機中的式波型原型體阻止，使徒化的明日香最終被第13號機啃碎吸收。
與WUNDER交戰的2號艦及3號艦脫離戰線，展開光之羽，並在黑之月中生成了兩把長槍，以長槍打通靈魂之門，打開通往負宇宙的道路。WILLE原本計畫擊沉3號艦以中斷儀式，卻遭到4號艦的襲擊而大破，並被Mark.09-A再次奪取WUNDER的控制系統。此時真希波啟用了在巴黎取得的新機能，進行「Plus Four In One」，捕食並吸收了Mark.09-A，獲得了亞當容器的能力。
在重創動彈不得的WUNDER甲板上，碇源堂突然出現，他已捨棄人類身分，獲得神的知識。源堂奪走成為WUNDER主機的初號機，將自己與第13號機融合後前往「負宇宙」。真嗣走出甲板，請求美里讓他乘坐EVA。美里認為真嗣的行為責任基於自己的失敗，因此將任務託付給真嗣，並說服了船員。真嗣與真希波同乘改8號機進入負宇宙追向源堂。
負宇宙
真嗣與真希波乘坐改8號機抵達負宇宙，初號機奪走一把朗基努斯長槍，並將其轉換成希望之槍卡西烏斯，隨即與第13號機在負宇宙內展開激鬥，並抵達巨大構造物「各各他構造體」。源堂警告真嗣戰鬥無法解決問題，表示希望與他對話。場景轉換至老舊的電車中，源堂向真嗣吐露自己的過去、內心和願望。
源堂向真嗣展示理論、幻想中的EVA「Imaginary」，只有同時相信虛構與現實的人類才能感知它。真嗣眼中的形象為黑色莉莉絲。隨後，源堂利用代表希望與絕望的兩把長槍引發使虛構與現實融合的額外衝擊（Additional Impact），讓他能自由改寫世界。幻想EVA以巨大的全裸綾波零形象出現在律子等人眼前，當它穿越靈魂之門來到這個世界，所有的「EVA‧無限」都變成純白色無頭女性。
另一方面，真希波抵達2號艦，與冬月教授寒暄後，冬月任務結束，失去型態而死。真希波捕食了冬月準備好的Mark.10至12，創造出最強的EVA，擁有無論真嗣在哪裡都能到達的力量，即便是WUNDER無法進入的負宇宙。真希波接著擊毀2至4號艦，與WUNDER會合，與獨自一人留在WUNDER的美里一起對EVA「Imaginary」進行特攻，為了製造「蓋烏斯之槍」並送往真嗣的所在地。美里突破阻礙，成功將槍與真希波送往真嗣身邊，自己則隨著WUNDER爆炸犧牲。源堂目睹美里賭命引發的奇蹟，將改寫世界的新槍送往真嗣，了解到計畫已無法進行。他看見真嗣成長至能承受他人死亡感到欣慰，從真嗣內心看見碇唯後，向真嗣道歉，黯然離開電車。渚薰出現詢問真嗣有什麼願望，真嗣變得堅強成熟，心中只想拯救他人。
真嗣先是拯救明日香，讓她回憶過去，明日香在沙灘上醒來，真嗣對她表白並告別，請她向劍介問好，她重構肉體並被排出13號機。接著，真嗣與薰對話，薰存在多個備用身體，過去為讓真嗣幸福而不斷輪迴，加持出現讓他察覺其實是為自己幸福。真嗣已能自立，薰將一切交給真嗣後與加持離開。加持在對話中透露他為組織司令。最後，場景轉至片場，真嗣對零說另一個零找到了歸處，你也會找到新歸處，表示不會倒流時光或復原世界，而是改寫出不存在EVA的新世紀（Neon Genesis）。
為徹底改寫世界，真嗣以槍貫穿自己與初號機。此時，碇唯現身將真嗣送出初號機，母親一直存在於他體內，而父親願望是為母親送行。源堂的13號機出現在初號機背後，擁抱對方並用槍貫穿重疊身體，如父親抱著母親。之後，所有EVA被槍刺穿消失，真嗣說出：「再見了，所有的福音戰士。」
場景轉換，適格者以成人姿態出現在宇部新川站，真嗣坐在座椅上，另一側月臺上有零、薰及明日香的身影，電車駛過，人影消失。真希波出現，解開真嗣脖子上的「DSS Choker」，最終以宇部新川站外風景的真實空拍影像作結。
