第二部中，尼奥（基努·里维斯 Keanu Reeves 饰）未能从内部摧毁“母体”。他的身体在真实世界的飞船上陷入昏迷，意识却被困在“母体”与现实世界之间的神秘地带，那里由“火车人”掌控。得知这一情况后，墨菲斯（劳伦斯·菲什伯恩 Laurence Fishburne 饰）和崔妮蒂（凯瑞-安·莫斯 Carrie-Anne Moss 饰）在守护天使的带领下找到“火车人”的控制者梅罗纹奇，并经过激战成功救出尼奥。
与此同时，电子乌贼部队向锡安发动猛烈进攻，人类组织集结所有机甲战士奋力抵抗，局势岌岌可危。尼奥与崔妮蒂驾驶飞船，历经重重险阻抵达机器城市。在那里，尼奥终于见到了机器世界的统治者“机器大帝”，双方经过谈判达成协议：只要尼奥消灭不受“母体”控制的史密斯，机器便会换取锡安的和平。回到“母体”后，尼奥与史密斯展开了决定人类生死存亡的最终决斗。
