Фильм начинается за год до начала похода к Одинокой горе. Торин Дубощит приходит в гостиницу «Гарцующий пони», где знакомится с волшебником Гэндальфом Серым, и рассказывает ему о том, что его отец Траин Второй исчез в битве за Восточные врата Мории. Гэндальф заявляет, что они должны найти подходящего взломщика, если гномы во главе с Торином хотят отнять Аркенстон и потерянные сокровища у дракона Смауга.
На перевале в Мглистых горах Бильбо Бэггинс замечает отряд Азога Осквернителя и огромного медведя и рассказывает гномам и Гэндальфу Серому об увиденном. Маг объясняет, что под обличьем медведя скрывается некий Беорн, и говорит, что неподалеку расположен дом, принадлежащий оборотню. Днем гномы, хоббит и маг находят дом Беорна, хотя последний гонится за ними в облике медведя. Ночью Беорн принимает человечий облик и возвращается к себе домой. Орки боятся его и решают напасть на гномов, когда они пойдут дальше.
Тем временем за утренним завтраком Беорн ведет разговоры с гномами и соглашается помочь им. Оборотень предоставляет Торину и компании своих пони и рассказывает Гэндальфу про союз между темными силами из Дол-Гулдура и захватившими Морию орками Мглистых гор. Отряд во главе с магом добирается до врат на окраине Лихолесья, где Гэндальф находит знак Темной силы и телепатически общается с Галадриэлью. Здесь, в начале эльфийской тропы, отряд вынужден разделиться: Торин и его гномы отправляются через Лихолесье к Одинокой горе, а Гэндальф отправляется по своим никому не ведомым делам, связанным с Некромантом, по просьбе владычицы Лориэна. Перед отъездом чародей беседует с Бильбо, причем хоббит чуть не сознается в том, что нашёл Кольцо всевластия.
Некромант призывает Азога в Дол-Гулдур. Орочий предводитель не может идти против воли повелителя, но отказаться от преследования и убийства своего заклятого врага Торина тоже не может. В итоге Азог отправляется в Дол-Гулдур, а убить Торина посылает своего сына Больга с отрядом орков.
Отряд гномов во главе с хоббитом идёт через Лихолесье. Там гномы переправляются через реку, причем Бомбур на время засыпает, а Торин на глазах у Бильбо делает попытку убить фантастического белого оленя. Тёмные чары, наложенные на лес, сбивают путников с тропы, и они останавливаются в нерешительности. В то время, как Бильбо лезет на вершины деревьев, чтобы увидеть Одинокую Гору, гномы попадают в плен к гигантским лесным паукам. Хоббит подвергается точно такой же участи. Однако Бильбо удаётся выбраться из паутины и спасти своих спутников. При этом хоббит дает мечу название Жало и чуть не теряет кольцо во время схватки с пауками.
В сражении с пауками гномам на подмогу приходит патруль лесных эльфов во главе с принцем Леголасом Зелёным Листом и командиром пограничной стражи Тауриэлью. Пауки повержены, но вместо того, чтобы отпустить гномов, эльфы берут их в плен и приводят во дворец своего правителя Трандуила. При этом Леголас обнаруживает у Глоина детский рисунок, изображающий его сына гнома Гимли. Эльфы-нандор Лихолесья обыскивают гномов и отбирают у них оружие. Бильбо остаётся невидимым под чарами кольца, тем самым ему удаётся избежать плена. Невидимкой хоббит проникает в крепость Трандуила.
В плену у лесных эльфов между Торином Дубощитом и Трандуилом происходит малоприятная беседа, перешедшая в ссору. Первоначально Трандуил предлагает Торину помощь в походе к Одинокой горе в обмен на часть сокровищ гномов. Но Торин обвиняет короля лесных эльфов в жадности, трусости и нежелании держать слово. Разъярённый Трандуил отказывается от своего предложения и говорит, что Торин такой же напыщенный и алчный, как и Трор. Гномов навечно заключают в темницу. При этом между Кили и Тауриэль возникает симпатия и они ведут между собою дружескую беседу, что не нравится Леголасу.
Бежать из эльфийского плена гномам помогает Бильбо. Он сумел выкрасть ключи у опьяненного вином начальника темниц. Гномы пытаются сбежать из плена в бочках по реке. Однако орки во главе с Больгом нападают на них. Затем в бой вступают опомнившиеся эльфы. Гномам всё-таки удаётся ускользнуть из столицы лесных эльфов по реке в бочках, хотя Больг успевает ранить Кили. Тем временем Тауриэль пленяет орка Назруга, а отряд Больга отступает в лес.
Отряд гномов выходит к озеру. Чтобы переправиться через него, они идут на сделку с лодочником Бардом из Озёрного города, который тайно — в бочках с рыбой — переправляет гномов и хоббита в Эсгарот.
В это время Гэндальф встречается в ангмарской гробнице с Радагастом и вместе с ним затем отправляется на юг Лихолесья. Там у врат Дол-Гулдура маги разделяются: Радагаст отправляется к Галадриэли, а Митрандир отправляется внутрь Колдовской Крепости, где встречает плененного Азогом ещё во время битвы у врат Мории Траина. Обезумевший от пыток и заточения отец Торина Дубощита рассказывает магу, что лишился последнего седьмого из гномьих колец власти. Затем Гэндальф пытается спасти пленного предводителя гномов, но сталкивается с орками. Чародей вступает в поединок с Азогом и, отступая, выясняет, что под обличьем Некроманта в Дол-Гулдуре скрывается ещё не восстановивший своей полной силы Саурон, дух которого уцелел со времен Войны Последнего Союза. Саурон убивает Траина и вступает в поединок с чародеем. Гэндальф отчаянно сражается с ним, но его силы оказывается недостаточно. Саурон берет в плен Гэндальфа и отправляет легионы орков, ведомые Азогом, к Одинокой Горе.
Леголас тем временем допрашивает пленного орка. Из его слов Трандуил узнаёт о наступлении Тьмы и ранении Кили, а затем отсекает голову Назругу. Правитель лесных эльфов, опасаясь за свой народ, отдаёт приказ закрыть крепость эльфов: никого не впускать и никого не выпускать без приказа короля. Тауриэль, будучи неравнодушной к Кили, тем временем отправляется на помощь гномам. Чуть позже к ней присоединяется Леголас.
Гномы переправляются в Озёрный город и останавливаются в доме Барда. Некогда могущественный и богатый Эсгарот после падения Эребора превратился в захолустный торговый городок, управляемый бургомистром-самодуром, которому помогает в его делах некий Альфрид. Первое время гномам приходится находиться в городе тайно и скрываться от всех, опасаясь попасться на глаза бургомистру и его людям (бургомистр состоит в союзе с королём лесных эльфов). После неудачной попытки ограбления оружейной о присутствии гномов в городе становится известно его жителям. В появлении гномов во главе с Торином жители видят исполнение древнего пророчества, которое гласит о возвращении короля-под-горой и восстановлении былого величия Эребора, а с ним и Эсгарота. Пользуясь этим, Торин привлекает на свою сторону жителей города и бургомистра, обещая им сокровища горы и возрождение величия.
При поддержке бургомистра снаряжённые доспехами и оружием гномы выступают в финальный поход к Одинокой горе. Бард Лучник выступает против похода Торина Дубощита, так как хорошо помнит древнее пророчество: когда Смауг пробудится ото сна, Озёрный город погибнет в пламени дракона. Выясняется, что Бард — потомок Гириона, последнего короля Дэйла. Именно Гирион пытался убить Смауга из самострела гномов. Гириону с помощью чёрных стрел удалось отколоть чешую на левом плече Смауга, но сделать последний выстрел король не успел и погиб. Жители города винят Гириона в поражении, поэтому не воспринимают возражения Барда.
Торин отстраняет от участия в походе раненого Кили. Вместе с Кили в городе остаются ещё трое гномов, и в поход к Эребору идут девять гномов из тринадцати и Бильбо. Они достигают Одинокой горы в день Дурина — последний день осени. С помощью Бильбо гномы входят в чертоги Эребора. Торин отправляет Бильбо на поиски Аркенстона. Бильбо находит легендарный камень, но просыпается Смауг, и гномам приходится вступить в бой с драконом.
В это время на Эсгарот нападают преследующие гномов орки. Оставшиеся в городе гномы и сын Барда Баин вступают с ними в бой. На помощь приходят Тауриэль и Леголас. Эльфы помогают отбить атаку орков и вылечить Кили. Начальница лесной стражи остается в доме Барда, а Леголас устремляется в погоню за Больгом. Орки узнают, что Торина нет в городе, и отправляются по его следу к Эребору. Тем временем Барду становится известно о пробуждении Смауга. Лучник собирается поразить дракона чёрной стрелой — той самой, которую не успел выпустить его предок. Он крадется к установленному на шпиле дворца бургомистра самострелу — копии самострела Гириона, но его ловят люди бургомистра и заключают в тюрьму.
Гномы сражаются с драконом, причем они заманивают его в кузницу в надежде убить Смауга расплавленным металлом. Но попытка оказывается неудачной. Смауг решает, что всё это заговор людей Озёрного города, и, уже не обращая внимания на Бильбо и гномов, отправляется уничтожать город. Бард слышит шум крыльев дракона и требует от стражников выпустить его, иначе город не спасти от неминуемой гибели.