US作戦
前作『破』終盤で描かれた「ニアサードインパクト」から14年後。葛城ミサトをはじめ旧NERV職員らは、反NERV組織「ヴィレ」を結成し、NERVのエヴァを殲滅すべく活動していた。ヴィレは、式波・アスカ・ラングレーの乗るエヴァ改2号機と真希波・マリ・イラストリアスの乗るエヴァ8号機の2機によって、衛星軌道上にNERVが封印していた初号機を強奪する「US作戦」を実行する。
改2号機はEvangelion Mark.04「コード4A」数体から妨害を受けるが、8号機の援護射撃でそれを突破。さらに初号機とともに格納されていたMark.04「コード4B」の迎撃により窮地に陥るも、アスカの声により一時的に覚醒した初号機によって助けられ、初号機とともに地球へと帰還する。
ヴンダー
ヴィレの旗艦「AAA ヴンダー」で目覚めた碇シンジは、ヴィレのメンバー、14年経ったミサトやリツコらと再会するが、「ニアサードインパクト」を引き起こした危険人物として白眼視され、もうエヴァには乗らないように警告される。ヴンダーはMark.04「コード4C」の襲撃を受けるが、空中戦を展開しそれらを殲滅する。
その戦闘後、リツコはシンジに、初号機から保護されたのは彼のみで、綾波レイは発見されなかったこと、そしてシンジが今後エヴァに乗ってそれを覚醒させた場合、装着された首輪「DSSチョーカー」が発動し死ぬことを告げる。
そこに、アヤナミレイ（仮称）の乗るNERVのエヴァMark.09がヴンダーを急襲し、シンジを連れ戻そうとする。Mark.09から呼びかけるレイの声を聞いたシンジは、ミサトたちの警告を無視してMark.09とともにNERV本部へ向かう。
NERV本部
地表にあった第3新東京市が消滅し、荒廃したNERV本部へ戻ったシンジは、エヴァMark.09から降りたレイと改めて顔合わせし、碇ゲンドウからは渚カヲルとともにエヴァ第13号機に乗るよう命じられる。
シンジはレイが生きていたことを知り、さらにピアノの連弾を通してカヲルと親しくなり次第に元気を取り戻すが、自身が起こした「ニアサードインパクト」が原因で14年の間にサードインパクトが起こり、一面が真紅に染まり荒廃、コア化した世界になったこと、そして今NERVにいるレイは別の複製体であり、自分の知るレイがまだ初号機の中にいることを知り、絶望する。
第13号機完成後もシンジはエヴァに乗ることを拒むが、カヲルがシンジのDSSチョーカーを外して自分の首に移し説得したことで、カヲルと一緒に第13号機へと乗り込むことを決める。
セントラルドグマ最深部
シンジとカヲルを乗せたエヴァ第13号機は、アヤナミレイ（仮称）の乗るMark.09とともにサードインパクト爆心地であるセントラルドグマ最深部へ辿りつくが、カヲルは第2使徒リリスとMark.06に刺さる2本の槍を見て、そこにあるべき槍ではないと困惑し狼狽する。
さらに、アスカの改2号機とマリの8号機の妨害を受けるが、シンジはそれを退け、カヲルの制止も拒んで遂に2本の槍を抜く。すると第2の使徒・リリスの骸が形象崩壊し、Mark.06の体内に潜んでいた第12の使徒が活動を再開、黒いケーブル状の姿を現して第13号機を包み込む。しかし、第13号機が覚醒したことで、第12の使徒は第13号機に吸収されながら急激に縮み、収縮したコアは第13号機に噛み砕かれた。そして第13号機は疑似シン化形態を越えて覚醒する。
フォースインパクト
覚醒した第13号機は上空へと浮上。ゲンドウの罠によって第1の使徒から第13の使徒に堕とされたカヲルがトリガーとなって、「フォースインパクト」が始まる。ヴィレはヴンダーで第13号機を襲撃するが、本来のヴンダーの主であるMark.09（アダムスの器）の迎撃を受け、ヴンダーの制御を乗っ取られる。そこに改2号機が駆けつけ、獣化第4形態（第2種)でMark.09と交戦するも、時間が足りず改2号機が自爆攻撃を仕掛けMark.09を殲滅する。
DSSチョーカーが発動し、カヲルはシンジに別れを告げ、彼の目の前で死亡する。覚醒状態を止めた第13号機は地上へ落下するが、フォースインパクトの進行は止まらず、マリが8号機でシンジの乗るエントリープラグを強制射出させたことでようやく収束した。地上に落ちたエントリープラグの中でうずくまっていたシンジをアスカが助け出し、そこにアヤナミレイ（仮称）も現れる。アスカは放心して反応しないシンジの手を引いて歩き出し、そしてレイも2人についていく。
