Due anni dopo gli eventi del gioco originale, il sergente James Heller, dopo essere tornato dal tour in Iraq, scopre che sua moglie e sua figlia sono state dichiarate morte, costringendolo a rientrare in servizio militare nella lotta per NYZ contro il virus Blacklight. Heller viene informato sui precedenti focolai in Idaho negli anni ’60 e su quelli avvenuti in NYZ durante gli eventi del primo gioco. Più tardi trova Mercer e inizia a inseguirlo. Inseguendo Mercer per vendetta, Heller viene infettato da Mercer con un ceppo virale che gli conferisce abilità sovrumane simili. Dopo essersi accasciato, Heller si risveglia in un laboratorio della Yellow Zone dove lo stanno sperimentando lo scienziato di Gentek, Dr. Anton Koenig, e il Col. Douglas Rooks di Blackwatch. Heller riesce a fuggire dalla base di Gentek, quando Mercer lo affronta e sostiene che Gentek e Blackwatch siano responsabili di aver ricreato e coltivato il virus Blacklight, rendendoli responsabili della seconda infezione e delle morti della sua famiglia. Rivelando i suoi piani per abbattere Gentek e Blackwatch, Mercer offre una tregua a Heller. In dubbio sulle intenzioni di Mercer, Heller si rivolge al suo parroco locale, Padre Luis Guerra, per chiedere consigli e aiuto. Utilizzando le informazioni fornite da Guerra, Heller accede ai Blacknet Terminals per scoprire e sabotare una serie delle loro operazioni. Avanzando gradualmente all'interno di Blackwatch, Heller alla fine trova e affronta Koenig, che afferma di essere dalla sua parte e rivela il programma di super-soldati di Blackwatch, noto come "Orion". Heller ostacola i progressi di Project: Orion uccidendo un super-soldato a cui era stato iniettato il suo DNA. Dopo aver assorbito uno dei capi scienziati, Heller scopre che Koenig lo stava osservando per trovare i suoi punti deboli. Infuriato per il tradimento di Koenig, Heller lo rintraccia solo per scoprire che possiede poteri simili ai suoi e a Mercer, ed è uno di diversi agenti "Evolved" piantati in Gentek e Blackwatch da Mercer. Dopo aver sconfitto e assorbito il dottore, Mercer rivela a Heller di avere intenzione di reclutarlo nel tentativo di controllare NYZ. I suoi dubbi crescono; Guerra mostra allora a Heller una videocassetta di Mercer che rilascia il virus per la seconda volta in Penn Station, nello stesso luogo in cui Mercer aveva originariamente rilasciato e contratto il virus. Inorridito dall'inganno di Mercer, Heller parte per la Green Zone per dare la caccia ai luogotenenti di Mercer, tra cui un agente Evolved in Gentek di nome Sabrina Galloway; affrontando Galloway, tuttavia, Heller si allea con lei quando lei rivela di poterlo aiutare a sconfiggere Mercer. Con l'aiuto di Galloway, Heller scopre presto che Mercer intende infettare l'intero mondo attraverso "Whitelight", un vaccino contaminato rilasciato da Gentek che in realtà serve ad accelerare l'infezione e l'evoluzione anziché prevenirla. Frustrato dal sabotare i suoi piani, Mercer uccide Padre Guerra; trovando il suo cadavere, però, un Heller affranto usa il telefono di Guerra per contattare Athena, il contatto di Guerra che si rivela essere Dana Mercer. Dana spiega che la figlia di Heller, Maya, è ancora viva, spingendo Heller a dirigersi verso la Red Zone per abbattere Mercer e salvare Maya. Dopo aver impedito il secondo tentativo di Blackwatch di livellare Manhattan Island, Rooks aiuta Heller a raggiungere sua figlia, solo che Galloway lo tradisce e porta Maya a Mercer. Affrontando Mercer, egli rivela che intende risolvere conflitti internazionali e problemi del mondo infettando l'intera specie umana, creando in pratica un Superorganismo con Maya al centro. Dopo che Mercer assorbe Galloway e i restanti Evolved, i due ingaggiano un duello sanguinoso, ma Heller ne esce vittorioso e uccide e consuma Mercer. Successivamente, Heller elimina gli infetti in NYZ insieme alla maggior parte del virus Blacklight; poi, usando i ricordi assorbiti di Mercer, Heller individua e libera Maya e Dana da un caveau. La storia si conclude con i tre che osservano New York dall'alto, prima che Dana chieda cosa fare dopo.