فیلم با نبش قبر ولورین توسط ددپول بعد از پایان وقایع فیلم لوگان آغاز می‌شود، اما مقامات Time Variance (TVA) تلاش می‌کنند او را دستگیر کنند. پس از مبارزه ددپول با آنها، داستان به سال ۲۰۱۸ بازمی‌گردد، زمانیکه ددپول تلاش می‌کند تا از طریق Happy Hogan به انتقام جویان در Sacred Timelime بپیوندد، اما در مصاحبه رد می‌شود.
اسپویل کامل فیلم :
در زمان حال و پس از وقایع ددپول ۲، وید اکنون یک فروشنده ماشین است که با پیتر در Earth-10005 کار می‌کند. در یک مهمانی غافلگیرکننده با حضور شخصیت‌های دو فیلم اول ددپول، مشخص می‌شود که وید و ونسا دیگر با هم در رابطه نیستند. در این بین مأموران TVA سر می‌رسد و او را به ملاقات با پارادوکس می‌برند. پارادوکس به وید می‌گوید که او اکنون صلاحیت پیوستن به تایم لاین مقدس را دارد، اما خط زمانی او به دلیل نبود ولورین که در پی حوادث فیلم لوگان درگذشت، به خطر افتاده است. وید که نمی‌تواند با نبود عزیزانش کنار بیاید، تصمیم می‌گیرد یک ولورین را از یکی از جهان‌ها پیدا کند تا خط زمانی خود را نجات دهد.
با بازگشت به شروع فیلم، وید به طرز وحشیانه ای تمام سربازان TVA را می‌کشد و به ماجراجویی خود ادامه داد. سفر چندجهانی وید او را با چندین نوع ولورین مواجه می‌کند، از جمله ولورین کوتاه، ولورین هنری کاویل، پچ، و نبرد مختصری بین ولورین-هالک درمی‌گیرد. او در نهایت با «بدترین ورژن ولورین» که یک لوگان مست و درب داغان است ملاقات می‌کند. او لوگان بیهوش شده را به TVA می‌آورد تا با پارادوکس که قصد دارد با استفاده از دستگاهی به نام Time Ripper خطوط زمانی را از بین ببرد، ملاقات کند اما بجای این کار وید و لوگان را به Void می‌فرستد.
در The Void، وید و لوگان با هم درگیر می‌شوند، اما توسط فردی که در ابتدا به نظر می‌رسد کاپیتان آمریکا است، اما در واقع جانی استورم (کریس ایوانز) است، مواجه می‌شوند. Sabretooth و Pyro از راه می‌رسند و با لوگان مبارزه می‌کنند و لوگان سر Sabretooth را از تنش جدا می‌کند. آنها به ملاقات با کاساندرا نوا برده می‌شوند. کاساندرا جانی استورم را کشته و Alioth مرا احظار می‌کند.
لوگان و ددپول بعد از فرار از دست کاساندرا، با یک نوع ددپول با صورت غیرزخمی و داگپول روبرو می‌شوند که آنها را به Borderlands هدایت می‌کند تا به نیروهای مبارز علیه کاساندرا بپیوندند. وید و لوگان در این مسیر با الکترا، بلید (وسلی اسنایپس)، گامبیت (چنینگ تاتوم) و X-23، مواجه می‌شوند و مبارزات تماشایی را پشت سر می‌گذارند. آنها نقشه ای برای شکست کاساندرا نوا با استفاده از کلاه ایمنی Juggernaut برای جلوگیری از قدرتش می‌کشند. لوگان با یادآوری رابطه کاساندرا با چارلز اگزویر، او را متقاعد می‌کند که به او کمک کند. او با استفاده از یک حلقه جادویی مشابه به حلقه دکتر استرنج استفاده می‌کند تا آنها را به Earth-10005 بازگرداند. با این حال پیرو، کاساندرا را وجود خیانت پارادوکس مطلع می‌کند و او را وادار می‌کند که آن دو را دنبال کند.
در زمین ۱۰۰۰۵، وید و لوگان با ارتشی از انواع ددپول، از جمله لیدیپول روبرو می‌شوند و در یک نبرد سهمگین ولورین با ماسک نمادین خود با آنها مبارزه می‌کند. پارادوکس به وید و لوگان می‌گوید که تنها راه از بین بردن Time Ripper فدا کردن جانشان است. این دو با استفاده از بدن خود به عنوان هادی، کاساندرا و time ripper را نابود می‌کنند و هانتر C-20 پارادوکس را دستگیر می‌کند. به عنوان پاداشی برای تلاش‌های قهرمانانه‌شان، به لوگان اجازه داده می‌شود تا در خط زمامی وید بماند. فیلم با ضیافت شامی با حضور وید و لوگان و بقیه دوستان به پایان می‌رسد و وید با تشویق لوگان تصمیم می‌گیرد دوباره با ونسا ارتباط برقرار کند.
در صحنهٔ بعد از تیتراژ، ددپول با استفاده از مدرکی ویدیوئی ادعای خود مبنی بر حرف‌های جانی استورم علیه کاساندرا که منجر به مرگ او شد را ثابت می‌کند.