Dopo gli eventi del tie-in a fumetti Halo: Uprising, il Master Chief si schianta nell'Africa orientale, dove viene trovato da Johnson e dall'Arbiter. Il Master Chief, Johnson e la compagnia combattono i Covenant nella giungla e raggiungono un avamposto UNSC. Qui, Keyes e Lord Hood pianificano un ultimo sforzo per impedire all'High Prophet of Truth di attivare un artefatto Forerunner scoperto al di fuori delle rovine della città di New Mombasa. Il Master Chief neutralizza le difese Covenant anti-aeree in modo che Hood possa guidare l'ultimo dei vascelli terrestri contro il Prophet, ma Truth attiva l'artefatto sepolto, creando un portale slipspace al quale lui e i suoi seguaci entrano. Una nave infestata dai Flood atterra nelle vicinanze; forze Elite arrivano e vitrificano le aree infettate dai Flood sulla Terra, fermando la minaccia. Seguendo un messaggio che Cortana ha lasciato a bordo della nave Flood, il Master Chief, l'Arbiter, gli Elites, Johnson, Keyes e le loro truppe seguono Truth attraverso il portale. Si unisce a loro 343 Guilty Spark, che aiuta il Master Chief poiché non ha più una funzione da svolgere dopo la distruzione del suo ringworld. Attraversando il portale, gli umani e gli Elites scoprono una immensa struttura artificiale conosciuta come l'Ark, molto oltre i confini della galassia della Via Lattea. Qui, Truth può attivare da remoto tutti gli Halos. La Flood arriva a bordo di High Charity in piena forza, iniziando a infestare l'installazione. Truth cattura Johnson, poiché ha bisogno di un umano per usare la tecnologia Forerunner. Keyes viene ucciso durante un soccorso, e Johnson è costretto ad attivare gli anelli. Gravemind forgia una tregua con il Chief e l'Arbiter per fermare Truth. L'Arbiter, il Master Chief e le forze Flood arrivano e travolgono le guardie di Truth, salvando Johnson e impedendo l'attivazione delle installazioni. Dopo che l'Arbiter uccide Truth, Gravemind si rivolge contro il Chief e l'Arbiter. Il Master Chief, l'Arbiter e Guilty Spark scoprono che l'Ark sta costruendo un altro Halo per sostituire quello che il Master Chief aveva distrutto in precedenza. Il Master Chief decide di attivare questo Halo; l'anello-mondo eliminerebbe l'infestazione di Flood sull'Ark, mentre risparmierebbe l'intera galassia dalla distruzione. Per attivare l'anello, il Master Chief salva Cortana, che possiede l'Indice di Attivazione dell'Halo distrutto, da High Charity e distrugge la città. Arrivato sul nuovo Halo, Cortana avverte che Gravemind sta cercando di ricostruirsi sull'anello. Il Master Chief, l'Arbiter e Johnson si dirigono verso la sala di controllo dell'Halo per attivare l'anello. Guilty Spark spiega che, poiché l'anello non è ancora completo, un'attivazione prematura lo distruggerà insieme all'Ark. Quando Johnson ignora il suo avvertimento, Guilty Spark lo ferisce mortalmente per proteggere il suo anello. Il Master Chief distrugge Guilty Spark, attiva l'anello e sfugge all'autodistruzione dell'anello sulla fregata UNSC Forward Unto Dawn. Tuttavia, la forza dell'esplosione di Halo provoca il crollo del portale slipspace, facendo tornare sulla Terra solo la metà anteriore della Forward Unto Dawn, che trasporta l'Arbiter. Viene celebrata una cerimonia commemorativa sulla Terra per gli eroi caduti della guerra Umani-Covenant, durante la quale l'Arbiter e Lord Hood scambiano brevi parole riguardo al Master Chief caduto. Dopo la cerimonia, l'Arbiter e i suoi fratelli Elite partono per il loro pianeta natale, Sanghelios. Nel frattempo, la metà posteriore della Forward Unto Dawn vaga in uno spazio sconosciuto. Cortana invia un segnale di soccorso, ma riconosce che potrebbero volerci molti anni prima di essere salvati. Il Master Chief entra nel sonno criogenico, dicendo a Cortana di "svegliami quando avrai bisogno di me." Se il gioco è completato con la difficoltà Leggendaria, la scena continua mostrando il frammento di Forward Unto Dawn che vaga verso un pianeta sconosciuto, rivelato nel sequel come noto come "Requiem", l'ambientazione principale della campagna di Halo 4.