En el verano de 1982, los jóvenes Sam Brenner (Adam Sandler) y William Cooper (Kevin James) esperan la gran inauguración de una sala de arcade. Al abrir, Sam descubre que es bastante bueno en varios videojuegos, a pesar de ser un novato. William le dice a Sam que se inscriba al campeonato mundial de videojuegos arcade que se realizará ese día en la misma sala de arcade.
Durante el evento se encuentran con Ludlow Lamonsoff (Josh Gad), un chico raro pero brillante, quien también compite al saber lo bien que maneja el videojuego Centipede y que, además, está enamorado de Lady Lisa (Ashley Benson), un personaje del videojuegoDojo Quest. Antes de empezar el campeonato, informan que los ejemplos de los videojuegos que van a jugar se pondrán dentro de una cápsula del tiempo junto a otros ejemplos de su vida y cultura para poder contactar con otras formas de vida.
Después de que Sam gana la mayoría de los videojuegos, se enfrenta contra Eddie Plant (Peter Dinklage) para ganar el último videojuego, Donkey Kong, Sam y Eddie empatan hasta llegar al nivel final donde Eddie le menciona el patrón del videojuego, distrayendo a Sam, quien termina perdiendo y quedando en segundo lugar.
En el presente, Sam dejó de lado los videojuegos para trabajar en una empresa de instalación de hardware, mientras que William se volvió el presidente de los Estados Unidos, pero con muy mala fama después de no saber deletrear bien durante una visita a una escuela.
Sam es enviado a trabajar en la casa de Violet Van Patten (Michelle Monaghan), una divorciada que vive con su hijo Matty (Matt Lintz). Una vez terminando de instalar todos los nuevos videojuegos de Matty, Sam descubre a Violet llorando en un armario y entra a consolarla; posteriormente, intenta coquetearle, siendo rechazado por ella.
Una base militar en Guam es atacada por extraterrestes que, basándose en la información que obtuvieron de la cápsula del tiempo, utilizan bichos y naves del videojuegoGalaga. Los soldados de la base tratan de defenderse pero son derrotados fácilmente. El videojuego termina destruyendo la base militar y se llevan a uno de los soldados convirtiéndolo en píxeles.
Sam se dirige a la Casa Blanca después de recibir una llamada de emergencia de William, seguido por Violet. Para la sorpresa de Sam, descubre que ella es la teniente coronel de la Casa Blanca. William llama a Sam a su oficina, donde le muestra el video del ataque a la base militar. Sam escucha el audio del video y le dice que la forma en la que fue el ataque es la misma que en el videojuego Galaga.
Mientras Sam se dirigía a su casa, descubre a Ludlow escondido dentro de su camioneta, el cual lo lleva a su casa y le explica que los extraterrestres están enviando a los videojuegos para atacarlos. Ludlow recibe un mensaje con imágenes manipuladas de los íconos de los 80, como Ronald Reagan yMadonna, para explicar sus planes, ya que perciben los elementos enviados en la cápsula de tiempo como una declaración de guerra y usan a los videojuegos como un desafío; en caso de ganar tres rondas, los videojuegos van a invadir la tierra. El soldado que tomaron fue considerado como un "trofeo" adquirido al ganar la primera ronda. Al final del video se entregan las coordenadas de la siguiente ronda.
Sam y Ludlow le enseñan el video a William y codifican las coordenadas, determinando que el siguiente ataque va a ser en la India. El videojuego Arkanoid ataca y destruye el Taj Mahal, tomando a un habitante de la zona como trofeo. Sam y Ludlow comienzan a entrenar a los miembros del ejército para defenderse, enseñándoles cómo jugar estos videojuegos. Violet determina que los píxeles reaccionan a los fuertes rayos de luz, por lo que crean armas de rayos de luz para combatir a los videojuegos.
Los extraterrestres envían un nuevo mensaje cuyas coordenadas indican que el siguiente ataque será en Londres en el Hyde Park, donde tienen una reunión con el Cabo Hill (Sean Bean) mientras los soldados se preparan para el ataque. En la noche, el videojuego Centipede aparece y ataca a los soldados. Sam les indica las reglas para vencer en este juego, que consiste en atacar sólo la cabeza de los centípedos; pero los soldados carecen de las habilidades y les disparan accidentalmente en el cuerpo, haciendo que se dividan. Sam y Ludlow, con el permiso de William, utilizan las armas de luz y atacan correctamente a los centípedos, acabando con éstos.
Durante el festejo por la victoria, los extraterrestres envían otro mensaje utilizando los personajes de Fantasy Island para felicitarles por su victoria, entregando al perro del videojuego Duck Hunt como trofeo, pero recordando que aún lideran la contienda por 2-1. Se reciben nuevas coordenadas que dan a entender que el siguiente ataque será en la ciudad de Nueva York.
Ludlow y William sugieren adquirir la ayuda de Eddie, el cual se encuentra actualmente en prisión. Eddie realiza ciertas demandas a cambio de su cooperación, entre las que se encuentra tener una cita con Serena Williamsy Martha Stewart. William se compromete únicamente a dejarlo salir de la cárcel y exoneración de impuestos.
El equipo descubre que el siguiente videojuego en atacar es Pac-Man. Violet explica que la debilidad de Pac-Man son los cuatro fantasmas de su juego, los cuales serán representados por cuatro autos basados en dichos fantasmas (Inky, Blinky, Pinky y Clyde), con uno de los autos siendo conducido por el creador de Pac-Man, el profesor Tōru Iwatani. Cuando el equipo encuentra a Pac-Man, Tōru trata de apelar al lado bueno de su "hijo"; por desgracia, Pac-Man le muerde la mano y se la deja pixeleada. Sam, Ludlow y Eddie persiguen a Pac-Man por toda la ciudad, hasta que éste se come una esfera de poder, dándole 10 segundos en los que él se los puede comer, por lo que persigue a Ludlow en su auto hasta alcanzarlo y devorarle el vehículo mientras él escapa. Cuando Pac-Man pierde el poder de devorar, es acorralado por Eddie, quien le quita su primera vida. Luego, Eddie utiliza un patrón para teletransportarse hasta Pac-Man y destruirlo por segunda vez. Pac-Man se regenera por última vez y continua destruyendo todo. Eddie pierde el control de su vehículo y cae al agua. Sam, al saber que es el último fantasma, decide perseguir a Pac-Man hasta que éste termina comiendo otra esfera de poder y persigue a Sam, quien avanza de reversa contando los segundos que restan para que Pac-Man pierda el poder de devorar, tras lo cual se deja alcanzar de Pac-Man para quitarle su última vida. Como resultado, los extraterrestres les dan a Q*bertcomo trofeo.
El equipo forma parte de una fiesta para celebrar el nuevo triunfo, la cual es interrumpida por un mensaje de los extraterrestres donde indican que las reglas fueron violadas y van a lanzar un ataque de videojuegos a gran escala. Matty encuentra a Eddie y descubre que él hizo trampa utilizando unos códigos que estaban escritos en sus gafas para teletransportarse hasta Pac-Man y vencerlo. Eddie confiesa que también utilizó trampas para vencer a Sam durante el torneo años atrás. Eddie huye mientras que Matty es atrapado por los extraterrestres y convertido en un trofeo de píxeles. Q*bert explica que los extraterrestres vivían en tranquilidad hasta que recibieron los videojuegos de la cápsula y los malinterpretaron como una declaración de guerra.
La nave de los extraterrestres desciende hasta Washington D. C. y lanza varios personajes de videojuegos para atacar la Tierra, incluyendo Space Invaders, Frogger,Defender, Joust, Tetris, Burger Time,Paperboy, Asteroids, entre otros. William se une al equipo y combate junto con Sam y Violet. Mientras Ludlow pelea contra los videojuegos para defender un bus escolar, tiene un encuentro con Lady Lisa, a la que logra persuadir para cambiarse de bando y luchar junto a él. Eddie se une a la batalla contra los videojuegos después de disculparse por haber salido huyendo.
Sam, Violet, William y Q*bert discuten con los extraterrestres, que utilizan la imagen de Max Headroom para comunicarse, y logran convencerlos de ser teletransportados hasta la nave para enfrentarse contra el jefe final de los videojuegos, Donkey Kong. Éste lanza barriles desde la cima de la estructura del juego mientras el equipo trata de llegar hasta Matty, el soldado y el indio, quienes ocupan el lugar de la princesa a rescatar. Matty le explica a Sam que Eddie había hecho trampa en el pasado, lo que da a entender que Sam es el verdadero campeón del Donkey Kong. El equipo logra llegar hasta Donkey Kong, donde Sam lo derrota utilizando uno de los martillos del juego.
Los videojuegos en la tierra se congelan y destruyen debido a la derrota del jefe final, regresando pixelados a la nave espacial. Desafortunadamente para Ludlow, eso incluye también a Lady Lisa quien es llevada a la nave junto a los demás videojuegos.Q*bert se queda en la Tierra como un trofeo final.
Sam, Violet, Ludlow, Eddie, William y Q*bertson reconocidos como héroes del mundo, en el jardín de la Casa Blanca, donde William anuncia que ha hecho un tratado de paz con los extraterrestres. Eddie le pide perdón a Sam por haber hecho trampa y admite que Sam es el mejor jugador. Dado que Ludlow extraña a Lady Lisa, Q*bert decide transformarse en ella. Sam y Violet se dan su primer beso, mientras que Eddie recibe un mensaje de Serena Williams, quien lo espera en una habitación de la Casa Blanca con Martha Stewart. William obtiene fama por haber salvado el mundo. Los extraterrestres abandonan la Tierra restaurando todo lo que habían destruido, incluyendo la mano del profesor Tōru Iwatani, y devolviendo a las personas que habían tomado como trofeos.
Un año después, Ludlow y Lady Lisa se casan, obteniendo como hijos a cinco pequeños Q*berts.
