多年后，黑衣人组织面临史上最大危机：一种能伪装成人类的外星寄生体悄然渗透地球高层，企图控制全球决策。退休的特工J（威尔·史密斯饰）与K（汤米·李·琼斯饰）被紧急召回，却发现记忆被清除的同事已无法信任。两人必须借助升级版记忆消除器与反重力摩托，潜入外星黑市寻找解药。途中，他们遭遇会读心的章鱼怪、能分裂的液态金属外星人，甚至发现幕后黑手竟是K早已牺牲的搭档——他因被寄生而假死。最终，J用一句冷笑话拖延敌人，K趁机发射分子崩解枪，拯救了地球。影片以两人在墨西哥小吃摊吃塔可、并消除围观者记忆的经典场景收尾。