《神盾局特工》第二季延续了《复仇者联盟》中的纽约大战后世界观，超级英雄与外星人的存在已然成为全球共同的现实，九头蛇组织的渗透导致了神盾局的崩溃，逐渐演变成了一个令人胆寒的恐怖组织，菲尔·科尔森（由克拉克·格雷格饰演）在尼克·弗瑞（塞缪尔·杰克逊饰演）允许下，开始着重重建神盾局，清理残局，最为关键的是，他必须向政府机构建立起可靠的信任桥梁。
科尔森带领队员在世界各地全力搜查"九头蛇"余党的踪迹，昔日的铁哥林奇·沃德（布雷特·道顿饰演）却成了他们唯一的线索，科尔森察觉到自己复活过程中产生的"副作用"时不时会在心头涌现，且他的自控力正在逐渐衰退，为了查明真相，他甚至不惜让队员们送上阵亡，结果又一次将神盾局推入了更大的危机之中。
第二季的结局充满了张力与悲剧,麦克成功营救了斯凯，嘉颖的疯狂仍在持续，她要求神盾局成员继续延长"密码"的时间，但面对如此疯狂的对手，神盾局成员的选择并不宽广，亨特与梅联手寻找芭比，亨特最终在沃德的陷阱中发现了芭比，面对生死存亡，芭比用自己的身体挡在枪口前，沃德仍不肯放过，梅在关键时刻倒在了战场上。
林肯对嘉颖的行为感到深深的失望,戈登则试图劝说他继续站稳在嘉颖一边，亨特与梅带回了芭比，西蒙斯立即出手抢救她，林肯发现斯凯已经逃离监禁，斯凯向他交代了关于嘉颖的所有秘密，林肯在斯凯的帮助下，向他透露了晶体所在的秘密，麦克立刻启程前往寻找重铸的水晶。
在这一过程中,梅给前夫亨特打了电话，两人虽有一阵寒暄，但并未深入探讨往事，西蒙斯向菲兹表白，但菲兹却选择在关键时刻将感情放在一边，科尔森与菲兹联手出现，带来了菲兹研发的"干扰器"，这个装置可以暂时限制戈登的行动，戈登被干扰器困住，科尔森与麦克联合出手，对付了这个潜在的威胁。
斯凯与嘉颖的对决引来了西蒙斯的加入,两人在激烈的对峙中，西蒙斯试图制止嘉颖，嘉颖仍旧不甘心，想要对斯凯下杀手，斯凯化解了这场对决，两人的较量仍未彻底，就在此时，卡尔出现了，他杀死了嘉颖，结束了这场惨烈的对决。
科尔森的另一只手因接触到晶体而逐渐黑化,在这一刻，麦克及时割下了他的手臂，芭比从昏迷中醒来，亨特陪在她身边，梅申请了休假，暂时远离了战场，卡尔在科尔森的安排下，成了一名宠物医生，他似乎已经忘记了过去的种种。
斯凯接受了科尔森的交代,两人之间的旧时光在对话中逐渐浮现，西蒙斯与菲兹则准备好了一场约会，似乎即将迎来新的感情故事，剧终前的彩蛋揭示了一个惊人的秘密：那块神秘的黑色晶体不仅是一座传送门，更是一个通向其他星球的通道，在第三季中，西蒙斯将被传送至一个陌生的异世界，在那里，他将与一个二十世纪被传送过来的白人男性相遇，两人之间的感情故事将继续延续，这个异世界上的生物也将在他们的故事中扮演重要角色。
在第三季的开篇,西蒙斯被困在这个陌生星球上的某个场景中，这个星球上的生物们似乎对外星人并不友善，在一次外出之旅中，这个生物附体于白人男性身上，试图追杀西蒙斯，白人男性最终发现了传送之门的奥秘，并成功带回了西蒙斯，这个故事的走向令人期待，看完令人回味。