En una sala de videojuegos en 1982 con su amigo Will Cooper, Sam Brenner, de 13 años, descubre que puede dominar los juegos detectando patrones. Al parecer, pierde una partida de campeonato de Donkey Kong contra el odioso Eddie "el Aspas de Fuego" Plant. La cinta de vídeo del evento se incluye en una cápsula del tiempo lanzada al espacio. En el presente, Brenner es un instalador de sistemas de cine en casa, mientras que Cooper es el odiado presidente de los Estados Unidos. En Guam, la base aérea de Andersen es asediada por una fuerza extraterrestre que ataca en forma de Galaga y un soldado es secuestrado.

Brenner trabaja en casa de la divorciada teniente coronel del ejército estadounidense Violet van Patten, y ambos son convocados por separado a la Casa Blanca. Al ver las imágenes de vídeo y reunirse con Ludlow "el Niño Maravilla" Lamonsoff, Brenner determina que los extraterrestres han malinterpretado las imágenes del videocasete como una declaración de guerra, y están atacando con tecnología basada en los videojuegos presentados en el campeonato. Los alienígenas interrumpen una emisión de televisión utilizando imágenes del casete, desafiando a la Tierra a una batalla en la que, si los alienígenas ganan tres asaltos, conquistarán el planeta. Brenner y Cooper son incapaces de detener uno de los ataques cuando el Taj Mahal es destruido por los alienígenas en forma de Arkanoid y un transeúnte es secuestrado.

Brenner y Ludlow entrenan a los SEAL de la Armada para jugar a los juegos. Violet desarrolla unas pistolas de rayos que son eficaces contra los alienígenas. En Londres, los alienígenas atacan Hyde Park en forma de Ciempiés. Brenner y Ludlow intervienen y los derriban. Los extraterrestres les envían una felicitación y un "trofeo" en forma de perro Duck Hunt.

Ludlow y Cooper recuperan a Eddie de una condena de prisión por fraude. En la ciudad de Nueva York, el equipo debe participar como los fantasmas contra Pac-Man. Toru Iwatani, el creador de Pac-Man, intenta razonar con Pac-Man de forma pacífica, pero le muerden la mano. Brenner, Ludlow y Eddie superan la tarea utilizando coches Mini Cooper modificados, pero Violet se da cuenta de que Eddie se mueve a velocidades supersónicas por el tablero. Ganan Q*Bert como trofeo. Sin embargo, durante una fiesta de celebración, los extraterrestres declaran que el desafío del planeta se ha perdido porque alguien ha hecho trampa. Matty, el hijo de Violet, descubre que Eddie utilizó un truco de velocidad durante la batalla contra Pac-Man. Eddie huye mientras Matty es secuestrado por los alienígenas.

Los alienígenas lanzan un ataque masivo en Washington, D.C. utilizando un ejército de personajes y enemigos de los juegos. Cooper se une al equipo, mientras Ludlow se queda a luchar. Un alienígena toma la forma de "Lady Lisa", un personaje del que Ludlow estaba enamorado desde la infancia. Ludlow convence a Lisa para que elija el amor y se ponga del lado de los humanos, mientras Eddie, deseoso de enmendar sus errores, vuelve a luchar. Brenner, Violet y Cooper son convocados a la nave nodriza de los alienígenas, donde se enfrentan a su líder, que adopta la forma de Donkey Kong, en el nivel inicial con los cautivos de los alienígenas en el nivel superior. Mientras el grupo esquiva barriles y bolas de fuego, Brenner pierde la esperanza hasta que Matty le revela el engaño de Eddie, devolviéndole la confianza en sí mismo y permitiéndole derrotar a Donkey Kong. Esto hace que las fuerzas de los alienígenas, incluida Lisa, sean eliminadas.

El equipo es aclamado como héroes y se llega a un acuerdo de paz con los alienígenas. Eddie se disculpa con Brenner por haberle engañado y, aunque Ludlow se entristece por la desaparición de Lisa, Q*Bert transforma su parecido en Lady Lisa. Brenner y Violet se convierten en pareja, mientras que Eddie conoce a Serena Williams y Martha Stewart. Los alienígenas le devuelven la mano a Iwatani antes de su partida. Un año más tarde, Lady Lisa y Ludlow se casan y tienen hijos parecidos a Q*Bert.