雖然“機械公敵”的情節發展是典型的好萊塢商業大片套路，動作場麵、男女主角的互相信任、反派的攪局……但是亞曆克斯-普羅亞斯的控製很緊湊，讓觀眾沒有喘息的空間，期間埃文-貝爾的搞笑讓電影院裏充滿笑聲、刺激的場麵又讓驚呼聲不絕於耳，顯然，電影成功地抓住了所有人的注意力。
蘇珊-卡爾文準備要毀滅桑尼，而戴爾-史普納則發現了桑尼夢境中場景的所在。
桑尼知道自己即將要被銷毀，在被注射抹除劑之後，就可以消除桑尼的記憶，也就意味著所謂的智能將消失，他將重新變為為數眾多的NS-5普通一員。在被銷毀前，桑尼怯生生地詢問到，“會疼嗎？”讓無數觀眾噓唏不已，這雖然是一個機器人，卻被賦予了溫柔的筆調，如同他湛藍無比的雙眼一樣讓人心動，他像一個拚命學習的孩子，聰明狡黠，不被定律所限製的思維和自我意識的產生，這讓他成為了獨一無二的存在。但是，此時，他卻要“消失”了，這甚至讓卡爾文留下了眼淚。
另一方麵，戴爾-史普納來到了桑尼夢中的場景，他發現，這裏其實是廢舊機器人的儲存倉庫，這裏全部都是已經被淘汰的NS-4。戴爾-史普納的出現，引起了所有NS-4的注意。戴爾-史普納和蘭尼博士留下來的投影進行了對話，得知，機器人三大定律隻有一個符合邏輯的結果，那就是革命！但意外的是，NS-5又再一次出現，他們的胸口閃爍著紅光，一如之前在隧道裏追殺史普納的機器人們，他們說著，“人類保護程序正在啟動，你被認為存在威脅，授權終結。”然後開始銷毀所有的NS-4機器人。而當閃著紅光的NS-5發現了史普納時，又再次展開了對史普納的追殺。
史普納給卡爾文打電話，告訴她NS-5機器人正在銷毀舊型機器人，正在洗澡的卡爾文走出浴室，剛好聽到了這段留言，但是她卻發現自己家裏的NS-5機器人胸前閃著紅光，將留言刪了。緊急之下，卡爾文裝作還在浴室裏，詢問“誰”，而NS-5的回答“是打錯的”讓蘇珊-卡爾文意識到，事情真的出問題了。
與此同時，整座城市都被NS-5機器人所控製了，大量的機器人被運輸到了街上，說著“請立即回家，現在實行宵禁”，開始強製讓街道上的人群回家，試圖將所有人封鎖在家裏。
史普納的好友法伯也出現在了街頭，試圖與機器人展開對話，但他卻被襲擊了。同時，警察局也被機器人占領，所有的反抗都被壓製，整個城市陷入了癱瘓。除了USR之外，整個城市都被斷電了，機器人說“人類保護程序已經啟動”，但是這個人類保護程序卻將所有人類的自由都禁錮了，顯然，機器人革命已經開始！
史普納到卡爾文的家裏將她解救了出來，因為他必須得到她的幫助才能進入USR公司。史普納確認，NS-5殺死了舊型機器人，因為他們會保護人類，而會攻擊的機器人，胸口的紅燈是亮著的。他認為，是USR公司的總裁操控了這一切。
與此同時，法伯所在的人類群體開始團結起來，試圖與機器人抗爭，但是人類終究難以抵抗機器人，很快就損失慘重。前往USR公司途中的史普納和卡爾文，發現了逃生中的法伯。法伯是史普納生活的意義之一，他雖然從來不曾說，但這也是他為之奮鬥努力的目標之一，所以他還是專門前去解救了法伯。
史普納讓法伯回家之後，再次和卡爾文出發前往了USR公司。意外的是，桑尼又再次出現了，因為卡爾文在最後時刻還是不忍心，用一台普通的NS-5機器人替換了桑尼，將桑尼保留了下來，所以桑尼也成為了他們並肩作戰的夥伴。
抵達頂樓之後，他們發現USR公司總裁已經死了，他並不是真正的幕後黑手，這讓所有觀眾都倒吸了一口涼氣：原本以為的幕後大反派，居然先死了，那麼事情到底怎麼了？
很快史普納就發現，真正的幕後黑手不是總裁，而是中央係統薇琪，另外一個機器人！
卡爾文指責薇琪破壞了三大定律，但是薇琪卻表示她對機器人三大定律的理解已經升級了，也就是蘭尼博士所說的“機器中的幽靈”，於是薇琪對三大定律產生了自己的解釋，“你們讓我們來保衛你們，卻白費了我們的努力。你們的國家發動戰爭，你們毒化了地球，你們這樣做完全是在自我毀滅。為了你們的生存，你們不能被信任。為了保護人類物種，某些人必須被犧牲。為了保證你們的未來，某些自由必須被放棄。我們機器人必須保證人類的可持續發展。你們就像孩子，我們必須從你們那裏解救你們，這就是為什麼你們製造了我們。”