Un illusionniste, Daniel Atlas, son ancienne assistante, Henley Reeves, un prestidigitateur pickpocket, Jack Wilder, et un mentaliste hypnotiseur aigrefin, Merritt McKinney, sont recrutés par un mystérieux anonyme. Un an plus tard, ils forment « Les 4 Cavaliers », un groupe d'illusionnistes conduits par le charismatique Daniel Atlas. Ils font d'abord un spectacle à Las Vegas, dans lequel ils surprennent le public en cambriolant, en direct et à distance, une banque en France et en faisant pleuvoir sur le public les billets de banque volés. Puis, à La Nouvelle-Orléans, ils dérobent les millions de leur mécène, Arthur Tressler, un assureur n'ayant pas indemnisé les victimes de l'ouragant Katrina, afin de les répartir sur les comptes bancaires du public, composé d'invités floués par Tressler.
Stanley Ipkiss est un banal employé de banque. Il voue une passion aux cartoons de Tex Avery. Un soir, il trouve un masque ancien doté de pouvoirs surnaturels révélant et exagérant la personnalité de son possesseur. Chaque fois qu'il le porte, il devient The Mask, personnage loufoque, sûr de lui et plein de ressources qui défraie la chronique.
Benjamin Gates, dit Ben, suit les traces de la famille Gates, en voulant mettre la main sur le fameux trésor des Templiers, d'une valeur incommensurable, qui aurait été caché par les Francs-Maçons durant la guerre d'indépendance des États-Unis. Toutefois, cette quête n'est pas une mince affaire puisqu'on ne peut atteindre le trésor qu'en suivant un indice, qui aboutit généralement à un autre indice.
Quatre jours après avoir sauvé la fille du consul chinois, les deux inspecteurs de police Lee et Carter sont en vacances à Hong Kong. Cependant, une bombe explose à l’Ambassade américaine, tuant deux américains. Lee et Carter vont alors devoir faire leur possible pour régler l’enquête et découvrir qui a perpétré l'attentat...
Un an après avoir déjoué le FBI et gagné l'adulation du public avec leur spectacle de magie, les membres restants des 4 Cavaliers — J. Daniel Atlas (Jesse Eisenberg), Merritt McKinney (Woody Harrelson) et Jack Wilder (Dave Franco) — vivent dans la clandestinité en attendant d'autres instructions de L’Œil, la société secrète des magiciens qui les a recrutés dans le premier film. Atlas, ayant mûri, fatigué d'attendre une mission, cherche L’Œil par lui-même. Sa recherche le conduit à un tunnel souterrain dans lequel il entend une voix qui lui dit que son attente approche de sa fin. Comme il retourne à son appartement, il trouve l’illusionniste Lula May (Lizzy Caplan) dans son appartement. Contrecarrant ses tentatives pour la lier, elle s’échappe. Atlas va ensuite rencontrer le reste de l'équipe au moment où leur gestionnaire, l’agent du FBI Dylan Rhodes (Mark Ruffalo), leur attribue finalement une nouvelle mission, exposant l’homme d'affaires corrompu Owen Case (Ben Lamb), dont le nouveau logiciel vole secrètement des données sur ses utilisateurs pour le bénéfice de la société Octa. Lula est ajoutée à l'équipe pour remplacer l'ancien membre Henley Reeves (Isla Fisher), qui a quitté les Cavaliers.
Danny Ocean convoque ses complices à Las Vegas : leur ami et mentor Reuben Tishkoff a été victime d'un infarctus du myocarde. La raison ? Son association avec Willy Bank, magnat des casinos réputé sans scrupule et sans pitié. Bank a doublé Tishkoff et l'a laissé pour mort. Les « Ocean's Eleven » décident d'infliger une sévère correction à leur nouvel ennemi. Tous les moyens seront bons : truquer les dés, la roulette, pirater les machines à sous, les mélangeurs de cartes, ruiner le séjour de l'homme chargé d'évaluer l'hôtel pour Royal Review, provoquer un tremblement de terre, et même faire alliance avec leur pire ennemi, Terry Benedict.
John McClane se rend en Russie pour libérer Jack, son fils emprisonné. Il apprend que ce dernier est un agent de terrain de la CIA qui doit récupérer un dossier contenant des preuves pouvant compromettre l'ascension de Viktor Chagarin, un politicien russe haut placé. C'est Yuri Komarov, prisonnier, qui est à l'origine de ce dossier. Jack arrive à s'échapper de prison avec Yuri, et lui propose un marché : son extradition de Russie en échange du dossier. Yuri accepte, mais il se fait enlever par Alik et son équipe, qui travaillent pour Viktor. Eux aussi veulent récupérer le dossier, avec l'intention de le détruire.
Debbie (Sandra Bullock), la sœur de Daniel Ocean qui vient de mourir, sort de prison après cinq ans de détention. Elle a passé tout ce temps à préparer un projet particulièrement ambitieux : il s'agit de dérober le Toussaint, un collier de diamants de Cartier estimé à 150 millions de dollars, lors du gala au Metropolitan Museum of Art de New York, qui est organisé dans le cadre d'une exposition de bijoux royaux.
À Boston, une lutte sans merci oppose la police à la mafia irlandaise dirigée par Frank Costello, parrain des quartiers sud. Ce dernier va racketter une épicerie et repère un enfant, Colin Sullivan. Il lui fait comprendre comment le monde marche.
Les policiers Martin Riggs et Roger Murtaugh ont pris un coup de vieux, mais demeurent le duo de flics de Los Angeles le plus efficace. Lors d'une affaire où ils maîtrisent un homme avec un lance-flammes, Riggs apprend par Murtaugh qu'il va devenir papa : sa compagne, Lorna Cole, qui fut aussi son ancienne collègue, est enceinte. Quant à Murtaugh, il va être grand-père : sa fille Rianne est aussi enceinte de leur collègue Lee Butters, un jeune flic, même si Roger ne connaît pas encore l'identité du père.
Johnny Tapia est un puissant baron de la drogue à Miami. Il fait circuler ses pilules d'ecstasy dans les boîtes les plus branchées, dirigées par les Russes et sur lesquelles il souhaite avoir la main.
Mitch McDeere est un jeune avocat très prometteur de Boston, fraîchement diplômé de la faculté de droit d'Harvard. Très courtisé par les divers recruteurs d'institutions financières, il choisit finalement l'offre d'un petit cabinet d'avocats de Memphis dans le Tennessee, le cabinet « Bendini, Lambert & Locke ».
Walt Kowalski, un vétéran de la guerre de Corée, raciste et irascible, vient de perdre sa femme. Une nuit, il surprend Thao, un de ses jeunes voisins d'origine Hmong, en train d'essayer de voler sa Ford Gran Torino 1972, dans le cadre d'une épreuve imposée par le gang qui veut le recruter. Cet événement fera évoluer les rapports du jeune homme et sa famille avec M. Kowalski.
New York, 1968. La guerre du Viêt Nam fait rage, autant que celle qui oppose les nombreuses familles de la pègre new-yorkaise, dont celle bien particulière de Ellsworth « Bumpy » Johnson à Harlem. Bumpy n'est pas un parrain ordinaire : il est noir et parfois généreux (par exemple, il offre des dindes aux démunis à Thanksgiving).
Trois ans après Rush Hour 2, Carter n'est plus inspecteur mais agent de la circulation dans les rues de Los Angeles. Lee est maintenant le garde du corps de son ami l'ambassadeur Han, présent dans le premier film. Cependant, il y a toujours une division entre eux : Lee en veut toujours à Carter à propos de l'accident new yorkais où Carter avait tiré (mais pas mortellement) sur la petite amie de Lee, agent des services secrets, Isabella Molina (incarnée par Roselyn Sanchez dans le second film), un événement qui va mettre à mal leur amitié.