Retomando los acontecimientos de Insurgente, Evelyn (Naomi Watts), la líder de Factionless, ha tomado el control de Chicago. Las puertas, que se abrieron cuando se leyó el mensaje de la caja, se han ordenado que se vuelvan a cerrar hasta que se sepa qué hay más allá de ellas. Evelyn también ha ordenado que se disuelvan las facciones, así como que se juzgue a los implicados en el golpe de Divergente. Como Jeanine está muerta, Max (Mekhi Phifer), el antiguo líder de los Dauntless, es el primero en ser juzgado. Jack (Daniel Dae Kim), el antiguo jefe de Candor, celebra el juicio, y Max es rápidamente declarado culpable. Evelyn ordena su ejecución inmediata, para consternación de Johanna (Octavia Spencer), antigua jefa de Amity, y de los miembros de su facción. Salen de la sala y Edgar, un miembro de los Sin Facción, mata a Max. Tris (Shailene Woodley) y Four (Theo James) están viendo los juicios y ven que su hermano gemelo Caleb es el siguiente en ser juzgado. Logran sacarlo de la cárcel y los tres, junto con sus amigos Christina (Zoe Kravitz), Tori (Maggie Q) y Peter (Miles Teller) intentan escalar el muro para huir de Chicago. Son perseguidos por Edgar y otros Sin Facción, y mientras Tris, Cuatro y los demás escalan el muro, Edgar dispara y mata a Tori. El resto consigue saltar el muro y empieza a correr por la tierra al otro lado de la valla.

El grupo ve rápidamente que la tierra es un páramo estéril y tóxico. También siguen siendo perseguidos por Edgar. A medida que la persecución continúa, un muro invisible se abre, revelando varios soldados. Hacen explotar el vehículo de Edgar, y el grupo es llevado por los soldados a una instalación llamada Oficina de Bienestar Genético. Después de tomar una ducha descontaminante y de que les impriman códigos de barras en la piel, al grupo se le muestra un vídeo de lo que le ocurrió al mundo. Hace 200 años, se creó un medicamento milagroso con la esperanza de arreglar los genes dañados, lo que se creía que estaba causando todos los problemas del mundo. En lugar de arreglar las cosas, las empeoró, lo que llevó a la guerra nuclear, que destruyó la mayor parte del planeta. Con la esperanza de que la humanidad restableciera esos genes, los científicos crearon el Buró y establecieron ciudades en todo el mundo como experimentos, siendo Chicago una de ellas. El sistema de facciones se estableció con la esperanza de que acelerara el proceso. Después de que el vídeo termine, al grupo se le asignan trabajos dentro del Buró. Cuatro y Christina se unen al equipo de seguridad que patrulla el páramo (en realidad se llama Fringe), Caleb y Peter se unen al equipo de vigilancia que supervisa toda la actividad dentro de Chicago, y Tris es enviada al último piso para reunirse con el jefe del Buró.

David (Jeff Daniels), el jefe del Buró, le dice a Tris que es la primera 100% Divergente que sale de la ciudad, y que eso demuestra que su experimento puede tener éxito. David ha considerado a Tris "pura" y a todos los demás, incluidos Caleb y sus compañeros Divergentes, como "dañados". Entonces le da a Tris un dispositivo que le permitirá ver los recuerdos de su difunta madre Natalie (Ashley Judd). De joven, Natalie fue rescatada por el Buró de los Fringe y se sintió tan conmovida por la idea del experimento que eligió voluntariamente ir a vivir a Chicago. Después de ver esto, Tris acepta participar en el experimento. David le dice entonces a Tris que, debido a la vigilancia, está al tanto de todo lo que ha sucedido en Chicago, pero necesita el permiso del Consejo de Líderes para intervenir. Mientras tanto, Caleb, a través de la vigilancia, ve que Johanna y la antigua Amity han abandonado sus costumbres pacíficas y, ahora se llaman a sí mismos Allegiant, y planean desalojar a Evelyn del poder por la fuerza. Caleb también ve cómo Edgar (que ha sobrevivido a su ataque) dispara a un Allegiant, lo que desencadena un tiroteo entre ellos y los antiguos Factionless. También en este momento, Cuatro y Christina se han unido a los soldados en una misión en la Franja para rescatar a los que aún viven allí. Sin embargo, Cuatro se da cuenta rápidamente de que lo único que están haciendo es secuestrar a los niños que viven allí y matar a sus padres, y Christina se da cuenta de que el gas descontaminante que se les administra a los niños también les hace perder la memoria de sus padres y de todo lo demás de los Fringe.

Esa noche, el grupo se reúne para contarle a Tris lo que está sucediendo. Cuatro dice que quiere volver a Chicago para apelar a su madre y detener el derramamiento de sangre, y quiere que Tris la acompañe. Sin embargo, ella decide quedarse con David, que piensa llevarla a la próxima reunión del Consejo. Cuatro se entera de que su petición de volver fue aprobada por David, y partirá al día siguiente. Por la mañana, mientras Tris y David se dirigen a la sede del Consejo, Cuatro sube a un vehículo de transporte que le llevará al muro invisible que separa el Buró de Chicago. Sin embargo, Matthew, uno de los compañeros de equipo de Cuatro, le susurra que no va a ir a Chicago, y que lo dejarán caer en el Fringe y lo matarán bajo la orden de David. Cuatro se enfrenta entonces a todo el equipo de seguridad, lo que hace que el transporte se estrelle, matando a todos excepto a Cuatro y a Matthew. Matthew entonces le da a Cuatro su placa que le permitirá abrir el muro y regresar a Chicago. En la reunión del Consejo, Tris ruega a los miembros que continúen con el experimento, pero que suspendan la división entre puros y dañados. También les pide permiso para ayudar a detener la guerra que se está gestando dentro de la ciudad, pero le dicen que David siempre ha tenido su permiso para intervenir. Después de regresar a la Oficina, y ahora sabiendo que David le ha estado mintiendo, ella, junto con Caleb y Christina, roban el vehículo personal de David y vuelan de vuelta a Chicago, evadiendo al equipo de seguridad en el camino.

De vuelta en el Buró, David se reúne con Peter, el único que decidió no regresar, y le ordena que vaya a Chicago para convencer a Evelyn de que despliegue una reserva oculta del gas porque es la única manera de detener al Allegiant. Peter consigue llegar a Chicago antes que Tris y los demás, y le da a Evelyn un regalo del Buró, una muestra del gas. Ella lo utiliza en su ex marido (y padre de Cuatro) Marcus. Ve cómo su mente se deteriora literalmente y le deja sin recuerdos de quién es Evelyn o por qué está allí. Accede a utilizar el gas, pero sólo como último recurso. Edgar y los Factionless llegan entonces con un Cuatro capturado, que le dice que no confíe en su nuevo amigo de más allá del muro, pero ella le ignora. Mientras la lucha en las calles entre los Allegiant y los Factionless continúa, Evelyn decide utilizar el gas. Peter le dice que la bóveda que contiene el gas los protegerá de sus efectos, y ella la despliega. Justo en ese momento, llegan Tris, Caleb y Christina, junto con unos Cuatro rescatados, y le cuentan lo que realmente va a pasar. El gas borrará los recuerdos de todo el mundo, no sólo del Allegiant, y Cuatro le dice a su madre que ya no tendrá ningún recuerdo de ella. Evelyn, al darse cuenta de su error, trata de impedir que el gas sea expulsado a la ciudad, pero Peter le dispara y sigue dejando escapar el gas.

Cuando el gas empieza a circular por todo Chicago, de repente empieza a aparecer en la cámara acorazada. Peter, sabiendo ahora que ha sido traicionado, abre la puerta de la cámara y huye, permitiendo a Tris y a los demás detener el gas. Se dan cuenta de que la única manera de detenerlo es destruir el centro de dispersión, y Tris corre a la sala de energía principal para destruirlo. Pero David, observando desde la sala de vigilancia en la Oficina, intenta detenerla. Tris es capaz de rechazar sus ataques y destruye con éxito el centro, deteniendo la dispersión de gas. Más tarde, ese mismo día, Tris, Cuatro, Caleb, Christina y una Evelyn herida se encuentran en la azotea del edificio Erudite viendo cómo se reproduce por toda la ciudad un mensaje grabado por Tris. Ella les cuenta a todos sobre el Buró y cómo la ciudad en su conjunto, no dividida por facciones y no tan pura o dañada, detendrá a sus opresores. La película termina con el vehículo de David, lleno de explosivos, haciendo estallar el muro invisible, mostrando a todos en Chicago el contorno del edificio del Buró. Mientras el grupo está mirando el edificio, se puede ver a David observándolos mientras planea su próximo movimiento.