Au début du film, un flash-back évoque la guerre opposant les Autobots et les Decepticons. On y voit un vaisseau autobot transportant une technologie capable de modifier le cours de la guerre en faveur des Autobots. Mais ce vaisseau est détruit au cours d'une poursuite. Le vaisseau, contenant le corps de Sentinel, s'écrase sur la face cachée de la Lune, et l'impact est enregistré sur Terre ce qui aurait ainsi véritablement motivé la course à l'espace.

Sentinel est récupéré sur la Lune et ramené dans le QG du NEST. Optimus le ranime alors grâce à la Matrice de Commandement qu'il garde toujours avec lui. Ce dernier pense que Sentinel mérite de reprendre sa place à la tête des Autobots, mais celui-ci décline, expliquant qu'il ne connaît rien de cette planète et que desormais, c'est à Optimus d'être de Leader supreme des Autobots.

Sentinel explique ensuite qu'il a mis au point une technologie permettant des déplacement dans le temps et l'espace, une sorte de téléportation fonctionnant avec des piliers. Si les Autobots en ont récupéré cinq, ils comprennent que les Decepticons en ont des centaines et peuvent ainsi lancer une frappe éclair sur la Terre en s'y téléportant.

Par la suite, Sam Witwicky subit l'attaque de trois Decepticons et croit que ceux-ci ont pour but de capturer Sentinel pour utiliser ses piliers. Alors qu'il est de retour au NEST avec des Autobots et qu'ils s'apprêtent à mettre Sentinel à l'abri, celui-ci révèle alors qu'il a fait un pacte avec Mégatron visant à utiliser les humains pour reconstruire Cybertron, qu'il amènera sur Terre grâce aux piliers. Il en profite alors pour éliminer lâchement Ironhide par surprise et pour détruire les locaux du NEST. Il va ensuite placer les piliers dans Washington. Là, Optimus Prime tente sans succès de le ramener à la raison. Sentinel decide de lui laisser la vie sauve.

Alors que les Autobots semblent êtres éliminés, les Decepticons anéantissent Chicago afin d'y former une citadelle imprenable. Peu à peu, Sentinel prend le commandement des Decepticons dont Megatron souhaiterait être le chef. Sentinel installe les piliers et s'apprête à faire venir Cybertron dans l'atmosphère terrienne. Mais là, les Autobots, qui étaient en fait restés sur Terre, reviennent et lancent une attaque surprise, soutenus par le NEST, Epps et ses amis, ainsi que Sam et Carly. Après une lutte titanesque, Optimus désactive momentanément le pilier principal après avoir éliminé Shockwave. Sentinel, muni d'une double lame, décide alors de se lancer dans un ultime combat avec son ancien allié. Pendant ce temps, Carly vient trouver Megatron pour le convaincre que Sentinel est en train de prendre sa place de chef de l'armée decepticon.

Le combat tourne à l'avantage de Sentinel qui detruit un des bras d'Optimus. Lorsqu'il s'apprête à l'achever, il est attaqué par surprise par Megatron qui le désarme et le blesse. Alors que celui-ci tente d'affirmer sa position de chef, Optimus l'élimine après une lutte brève. Puis il s'avance vers Sentinel pour l'achever. Celui-ci le supplie de comprendre pourquoi il a dû le trahir. Le chef autobot répond simplement "Vous ne m'avez pas trahi, vous vous êtes trahi vous-même." avant de l'éliminer de deux tirs.

Sentinel est donc éliminé et son plan est désamorcé après la destruction par Bumblebee du pilier principal.