Nach seiner Erweckung aus dem fast 70-jährigen Kälteschlaf und dem Kampf mit den Avengers gegen Loki hat sich Steve Rogers, alias Captain America, etwas mehr der modernen Zeit geöffnet, doch es fällt ihm immer noch schwer, mit der ihm fremden Welt und ihren veränderten Wertvorstellungen Schritt zu halten. Selbst seine alte Freundin Peggy Carter, inzwischen sichtlich gealtert und als einzige von seinen alten Kampfgefährten noch am Leben, kann ihm nur wenig Unterstützung geben. Beim Ausdauertraining am Lincoln Memorial freundet Rogers sich mit Sam Wilson an, einem ehemaligen Fallschirmsoldaten und jetzigen psychologischen Berater für traumatisierte Kriegsveteranen.
Bei einem S.H.I.E.L.D.-Einsatz zur Befreiung eines Spezialschiffs der Organisation, das von Söldnern gekapert wurde, muss Rogers zu seinem Missfallen erkennen, dass deren Direktor Nick Fury ihm Informationen vorenthält: Während des Einsatzes verfolgt seine Teamkameradin Natascha Romanoff (Black Widow) eine eigene Mission und lädt Dateien aus dem Computer des Schiffs auf einen Datenträger herunter. Als Rogers den Direktor später damit konfrontiert, enthüllt ihm dieser, dass die Dateien eine bevorstehende Operation von S.H.I.E.L.D. betreffen, Projekt Insight, in welcher drei neue S.H.I.E.L.D.-Helicarrier gestartet werden sollen, um mithilfe von Spionagesatelliten ein Überwachungs- und Präventivschlagsnetzwerk aufzubauen, das Bedrohungen gegen den Weltfrieden eliminieren soll, noch bevor sie entstehen können. Rogers lehnt diese Art von Kontrolle auf Kosten der Freiheit ab und überwirft sich mit Fury, der die Maßnahme verteidigt.
Als Fury später Romanoffs Datenträger untersuchen will, verweigert ihm das Computersystem den Zugang. Er wendet sich an Alexander Pierce, seinen alten Freund, Vorgesetzten und Mitglied des Weltsicherheitsrates, und bittet ihn, das Projekt Insight zunächst auf Eis zu legen, da er Bedenken habe. Als Fury anschließend auf dem Weg zu Maria Hill ist, wird er von einem Killerkommando, das von einer maskierten Gestalt mit einem künstlichen Arm angeführt wird, angegriffen und beschossen. Fury kann nur knapp entkommen, flieht zu Rogers in dessen Apartment und händigt ihm dort den Datenträger aus, wird aber unmittelbar darauf von dem maskierten Attentäter erneut angeschossen und diesmal lebensgefährlich verletzt. Trotz aller Rettungsversuche stirbt Fury im Krankenhaus. Pierce ordnet die Weiterführung des Projekts an und bestellt Rogers zu sich, um ihn über das Attentat zu befragen, aber da Fury ihn warnte, niemandem zu vertrauen, behält Rogers die Existenz des Datenträgers für sich. Als er das S.H.I.E.L.D.-Gebäude verlassen will, wird er von mehreren Agenten der Organisation angegriffen, darunter Brock Rumlow, Einsatzleiter des S.T.R.I.K.E.-Teams von S.H.I.E.L.D. Rogers kann die Angreifer überwältigen und entkommen, doch Pierce befiehlt S.H.I.E.L.D. unter der Anklage des Landesverrats die Jagd auf ihn.
Bei seinem Versuch, das Geheimnis des Datenträgers zu entschlüsseln, trifft Rogers auf Romanoff, die anscheinend selbst auf der Suche nach Furys Mördern ist. Obwohl Rogers ihr immer noch nicht gänzlich vertraut, raufen sich die beiden zusammen. Bei einer ersten Entschlüsselung des Datenträgers werden sie auf das Militärcamp verwiesen, in dem Rogers vor seiner Verwandlung in Captain America seine Militärausbildung absolviert hatte. Auf dem Gelände finden sie den Zugang zu einer alten, stillgelegten S.H.I.E.L.D.-Anlage, in der sie auf eine riesige, veraltete Computeranlage stoßen, die das Bewusstsein des verstorbenen Hydra-Wissenschaftlers Arnim Zola beherbergt. Dieser enthüllt Rogers und Romanoff, dass Hydra selbst nach dem Tod ihres Gründers Red Skull niemals aufgehört hat zu existieren; vielmehr haben Zola und andere Gesinnungsgenossen, die nach Ende des Zweiten Weltkrieges von den Alliierten im Zuge der Operation Paperclip rekrutiert wurden, unter dem Deckmantel von S.H.I.E.L.D. gearbeitet und Hydra heimlich wieder aufgebaut. Nun steht die Organisation − mit Pierce als ihrem obersten Leiter − mithilfe von Projekt Insight kurz davor, die endgültige Kontrolle über die Welt an sich zu reißen.
Mit der Reaktivierung der Computeranlage wurde S.H.I.E.L.D. alarmiert und zerstört den Bunker durch einen Raketenangriff; Rogers und Romanoff können jedoch entkommen und finden bei Wilson Unterschlupf, der sich bereit erklärt, ihnen zu helfen. Zunächst entwenden sie einen mit Flügeln ausgestatteten Raketentornister, mit dem Wilson seine früheren Einsätze durchgeführt hat. Anschließend nehmen sie Jasper Sitwell, einen S.H.I.E.L.D.-Agenten und Hydra-Loyalisten, gefangen und verhören ihn. Von ihm erfahren sie, dass Zola einen Algorithmus entwickelt hat, welcher die mögliche zukünftige Bedrohung Hydras durch Personen – beispielsweise die Avengers – vorausberechnen kann und diese dann zur Ausschaltung an die Insight-Helicarrier weiterleitet. Als die drei Verschwörer anschließend versuchen, sich Zutritt zum S.H.I.E.L.D.-Hauptquartier zu verschaffen, werden sie von dem maskierten Attentäter – einem ehemaligen russischen Superagenten namens Winter Soldier – angegriffen. Rogers kann ihn nach einem harten Kampf demaskieren und erkennt in ihm zu seiner Bestürzung seinen alten, verloren geglaubten Freund „Bucky“ Barnes, der bei der Gefangennahme Zolas im Jahr 1944 vor seinen Augen in den Tod gestürzt war. Es stellt sich heraus, dass Barnes gefunden und von russischen Wissenschaftlern unter Zolas Leitung als Cyborg wiederhergestellt worden ist, wobei sein Gedächtnis durch eine Gehirnwäsche gelöscht und für Hydras Zwecke neu konditioniert wurde.
Durch diese Erkenntnis wie gelähmt, kann Rogers zusammen mit Romanoff und Wilson vom S.T.R.I.K.E.-Team gefangen genommen werden, doch auf dem Weg zu ihrer angesetzten Exekution werden sie von Maria Hill befreit, die das S.T.R.I.K.E.-Team infiltriert hat. Sie führt sie in ein Versteck, wo sie zu ihrer Überraschung auf Nick Fury treffen, der seinen Tod nur vorgetäuscht hat, um der Unterwanderung von S.H.I.E.L.D. besser auf die Spur kommen zu können. Zusammen arbeiten sie einen Plan aus, um die Helicarrier ihrer Zielsuchsysteme zu berauben, bevor diese ihre Mission ausführen können. Sie dringen ins S.H.I.E.L.D.-Hauptquartier ein, wo Rogers über die Sprechanlage jeden im Gebäude über Hydras Infiltration, ihren Anführer Pierce und die geplante Machtübernahme unterrichtet. Trotz der Bemühungen der loyalen S.H.I.E.L.D.-Agenten können die mit Hydra-Leuten besetzten Helicarrier starten. Zolas Computerprogramm beginnt, Tausende von Personen anzupeilen, die es als Feinde Hydras identifiziert und die nach Ablauf eines Countdowns alle zugleich von den Helicarriern aus eliminiert werden sollen. Rogers und Wilson kämpfen sich an Bord der Helicarrier und versuchen, dort einen bestimmten Speicherchip auszutauschen, mit dem sich die Carrier unter Hills Kontrolle bringen lassen. Währenddessen verschafft sich Romanoff Zutritt zu Pierce, der mit den Mitgliedern des Sicherheitsrates die Inbetriebnahme von Projekt Insight feiern wollte, bis Rogers’ Durchsage Aufklärung über die wahren Motive Pierces brachte. Während Romanoff Pierce in Schach hält und die Details über Hydra und S.H.I.E.L.D. im Internet verbreitet, erscheint Fury, um mit seinem ehemaligen Freund abzurechnen. Pierce schafft es, die anderen Mitglieder des Sicherheitsrates mit einem Trick zu töten und Romanoff als Geisel zu nehmen, doch Fury erschießt ihn.
Rogers und Wilson schaffen es, den besagten Speicherchip auf zwei Helicarriern auszutauschen, doch beim dritten stellt sich ihnen der Winter Soldier in den Weg. Wilson stürzt ab, kann sich mit dem Fallschirm retten und muss sich nun mit Rumlow messen, der Pierce zu Hilfe kommen will. Rogers wird vom Winter Soldier hart attackiert und schwer verletzt, schafft es jedoch, den Chip auszutauschen, worauf Hill die Waffen der Helicarrier gegeneinander wendet und diese somit zur gegenseitigen Zerstörung zwingt. Als der Carrier mit Rogers und dem Winter Soldier an Bord in das Gebäude kracht, in dem Wilson und Rumlow miteinander kämpfen, wird Rumlow schwer verletzt, Wilson hingegen kann von Fury und Romanoff gerettet werden. Rogers’ Carrier droht abzustürzen und der Winter Soldier wird von Trümmern eingeklemmt, doch Rogers kommt ihm zu Hilfe und befreit ihn. Daraufhin wird er seinerseits vom Soldier angegriffen, während er diesen noch an sein wirkliches Selbst zu erinnern versucht. Schließlich fällt Rogers bewusstlos ins Wasser, als der Carrier endgültig abstürzt, doch der Winter Soldier, dessen Erinnerungen durch Rogers’ Appelle teilweise wiedererwacht sind, rettet ihn vor dem Ertrinken, bevor er verschwindet.
Durch die Enttarnung Hydras wird S.H.I.E.L.D. aufgelöst, und Romanoff muss vor einem Untersuchungsausschuss aussagen. Nach einem letzten Treffen mit dem offiziell immer noch als tot geltenden Fury machen sich Rogers und Wilson auf, den Winter Soldier aufzuspüren und ihm zu helfen, wieder ins Leben zurückzufinden. Doch wie Fury schon befürchtete, ist Hydra mit dieser Niederlage nicht vollständig geschlagen worden: In einer Post-Credit-Szene macht sich eine weitere Hydra-Splittergruppe unter der Führung von Wolfgang von Strucker unter Zuhilfenahme von Lokis Zepter und seiner menschlichen Wunderwaffen – zwei mit Superkräften begabte Zwillinge – zu einem neuen Eroberungsversuch bereit. In einer zweiten Post-Credit-Szene sieht man Barnes, wie er im Smithsonian-Museum von Washington, D.C., das eine Ausstellung über Captain America zeigt, seine eigene Vergangenheit zu suchen beginnt.
Quelle
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Diese zwei gehörten zu ihm. Zu ihm und nur zu ihm und er hatte für sie zu sorgen.
Die Eine war sein Herz, die andere ein Stück seiner selbst und sie machten ihn vollständig,
indem sie eine Leere in ihm füllten, von deren Existenz er nichts geahnt hatte.