丧尸病毒（ZN1）已侵袭美国三年，国家彻底沦陷。一群由普通人组成的英雄团队——包括前国民警卫队军官沃伦、黑客公民Z、前瘾君子多克、神射手10K等——肩负起护送唯一一名感染病毒却奇迹存活的前囚犯墨菲的重任。他们需要从纽约横跨3000英里前往加州，那里有美国唯一能正常运转的病毒实验室，墨菲血液中的抗体可能是研制疫苗的最后希望。 一路上，团队遭遇了食人邪教、僵尸龙卷风、赏金猎人等重重险阻。墨菲在旅途中逐渐展现出控制丧尸的超自然能力，同时他内心也隐藏着黑暗的秘密。第一季结尾，北美防空部发射了战术核武器，团队在核爆中侥幸存活。

核爆之后，团队被迫分散。沃伦带着受伤的多克等人继续前行，公民Z在北极基地向所有频道发出广播，呼吁不惜一切代价找到墨菲。墨菲控制丧尸的能力越来越强，他开始”驯化”丧尸为自己所用，途中还诞下了一个半人半丧尸的僵尸婴儿露西。 团队在寻找墨菲的过程中遭遇了”海伦女儿国”、赏金猎人瓦斯奎兹、毒品卡特尔”零号帮”等各种势力。麦克和卡桑德拉先后牺牲。季末，团队终于将墨菲送达加州，却发现所谓的CDC实验室其实是一艘潜艇，背后操控者是名为Zona的精英组织，他们计划将第一批疫苗优先供给自己的乌托邦社区。愤怒的墨菲炸毁了潜艇，带着几名被感染的心腹乘救生艇逃离。

“咬痕行动”彻底失败后，沃伦团队一度放弃拯救世界的使命。直到他们遇到了来自北京的病毒专家孙美博士，得知北京有20万幸存者，亚洲团队试研疫苗失败，急需墨菲的抗体。沃伦决定重新出发寻找墨菲。 此时的墨菲已野心膨胀，他在华盛顿州斯波坎市建立了自己的”墨菲镇”，利用血清制造大批能受他控制的”混种”人类，企图建立一个由他统治的新世界。与此同时，Zona派出了冷酷的赏金猎人“光头强人”（The Man）追捕墨菲及其女儿露西。本季首次采用双线叙事：沃伦一方联合红手党组织攻打墨菲镇，多克和艾迪则追踪被掳走的露西。季末，10K感染严重，孙美用”先杀死再让墨菲咬”的方法救活了他；而墨菲和沃伦被同一颗子弹击中，一架标注”USAF Zone A”的飞行器出现并向众人开火。

时间跳跃两年。沃伦从昏迷中醒来，发现自己身处Zona的乌托邦社区。墨菲的皮肤已恢复正常，看起来完全像人类，他的血液加上科学家的研究确实帮助了部分人。但Zona的”方舟”太小，无法拯救所有人，其背后隐藏着更黑暗的”重启计划”。 多克、10K、艾迪和露西在外界重逢，多克制定了自己的计划。艾迪带着露西逃离Zona的追捕。沃伦逐渐发现Zona的真相，试图逃脱却被抓回。最终，团队在废墟中的美国国会大厦找到了失明的丧尸总统，并深入地下武器库发现了“黑虹”计划——一种能终结丧尸危机但也可能毁灭人类的终极武器。沃伦在泰勒博士的秘密训练下，独自进入无人机执行任务，最终成功发射，在天空形成了一道黑色彩虹。但沃伦也陷入了生死未卜的昏迷。

故事进入末日第九年。沃伦在一个农场醒来，与农场主库珀产生了感情。多克等人终于抵达了“新美国”（Newmerica）——由当年大学新生乔治组织建立的幸存者国家。一种新型僵尸“话尸”（Talkers）出现，它们保留了说话能力和自我意识，引发了人类与话尸之间的平权争议。 新美国的领袖埃斯特斯垄断锂元素，企图打造新文明帝国，但他将话尸视为异类，密谋消灭它们。孙美博士终于成功研制出僵尸病毒的解药，但被埃斯特斯发现并注射了病毒，孙美在变异前让小红为自己注射了解药，却因伤命不久矣。为了让人类获得疫苗，众人取出孙美的大脑交给墨菲——墨菲通过吃下大脑继承了疫苗配方。 沃伦在最终对决中被埃斯特斯连开数枪却毫发无伤，随后昏迷。真相揭晓：沃伦早在第四季坠机时就已经死亡，因沾染墨菲血液而复活为一种特殊的话尸。最终，乔治成为新美国的最高领导人，话尸与人类和平共处。墨菲坐在草坪上享用孙美的大脑，露出意味深长的笑容——他将选择拯救全人类，还是再次建造属于自己的僵尸国度？故事在此完结。