1945年，二次大戰期間，羅根被關在日本長崎市的戰俘營裏，目睹美軍向地面投放原子彈，在原子彈衝擊地面時，羅根拯救一名曾經試圖幫助他的日本軍官矢志田市朗，與他一起躲進水井中，也在被炸傷的情況下在市朗面前展現出強大的自愈能力。浩劫過後，市朗打算把其家族祖傳的武士刀送給羅根作爲答謝，但羅根卻感謝市朗後稱自己總有一天會回來拿。數十年過去，羅根忍痛殺死他的摯愛琴·葛雷後，受內疚感影響在時常在夢裏被琴折磨，如今開始遠走他鄉流浪來逃避。一晚，羅根遇到一名能夠預知死亡的紅髮女忍者雪緒，得知她是被市朗派來尋找他的人，羅根於是不情願地跟隨雪緒前往日本東京。

羅根到達東京後得知矢志田家族企業是亞洲最大的商業集團，來到矢志田宅後見到市朗的兒子信玄、孫女真理子、私人腦瘤醫師格林、以及年邁躺在病牀上的市朗。市朗提議羅根將他的自愈能力無條件轉移給他，能夠延續其性命、並可以滿足羅根求死的意願，但羅根因不放心而回絕他。格林趁着羅根睡覺時通過他的嘴部植入某種生物，羅根被驚醒後誤以爲是噩夢，並突然發現市朗已經去世。市朗葬禮上，一羣僞裝成佛教人員的極道黑幫份子襲擊會場，身中一槍的羅根突然發現自己喪失自愈能力。羅根忍痛帶領真理子逃亡時，一名弓箭手原田劍一郎也站在屋頂上幫助他們脫逃。

兩人坐着新幹線四處逃亡，最後躲到長崎海邊的一棟小屋，真理子幫助羅根療傷後，表示該名弓箭手是她的兒時玩伴與守護者。羅根在與真理子相處以來開始走出過去的陰影，開始講述他所經歷的一切痛苦，在海邊散步時還找到當初他和市朗躲避過的水井。而幾天後，真理子被極道的人找到並抓走，羅根向一個抓獲的敵方成員問出僱傭他的幕後主使是真理子的未婚夫、現任法務大臣森信郎。羅根與雪緒會合後找到在公寓裏跟其他女孩悠閒自在的信郎，信郎承認是他跟信玄合作這件刺殺，而羅根最後便將森信郎扔出窗外。真理子被抓回家裏後，信玄本想對她實施懲罰，但原田劍一郎領導黑衣忍者部隊殺死信玄的所有護衛後，格林用猛毒重傷信玄後帶走真理子。

羅根與雪緒回到宅邸後得知真理子被帶往市朗出生地的高塔，羅根靠市朗的身體透視儀意外發現自己心臟上有一隻機械蟲，發現它是造成自己失去自愈能力的原因。羅根決定自行解剖身體來拿出機械蟲，但雪緒說自己曾經預見羅根慘死在病牀上，但羅根還是決定動手而將機械蟲掏出來。劫後餘生的信玄身穿武士盔甲打算殺死羅根，而雪緒遭到他擊敗後，死而復生的羅根再度爬起來殺死信玄。爲了拯救真理子，羅根到達村莊後在原田與多數忍者的圍攻遭到擒獲，格林則啓動一架由亞德曼金屬製作的鋼鐵機甲「銀武士」，其自行站起後舉起一把高溫武士刀，但真理子及時出現讓羅根脫困。雪緒擊敗並殺死格林，當原田意識到自己的愚忠後，便犧牲自己救下羅根而被機甲殺死。

羅根趁機拿到一把刀後砍斷機甲的頭，把機甲推下樓也同時掛在建築邊緣。機甲再次起身並砍下羅根的兩手爪子，開始用注射針頭鑽進他的金鋼爪裏，吸收走羅根的自愈細胞。羅根突然發現機甲內部的操縱者竟是本已逝世的市朗，市朗聲言他出此下策是爲了得到羅根的自愈能力以延續自己的生命和傳奇。市朗逐漸恢復青春，羅根也即將被吸乾生命精華，站在遠處的真理子看清祖父的邪惡真面目後，以飛刀形式扔出一根金剛爪命中市朗的頭部而救下羅根。市朗剛想以祖父的身份說服真理子住手，但真理子表示「她已經埋葬過祖父」後拿第二根爪子刺中他。羅根身體再次痊癒而起身，長回他出生時的骨爪，對市朗講一句日文的「再見」後，直接將他連帶着機甲扔下山崖墜亡。傷重倒地昏迷的羅根再次夢見琴，但經過這次經歷正式放開對她的愧疚，在夢裏目睹琴遠去。

事後，真理子繼承祖父遺留的家族產業的總裁位置，雪緒爲了追隨羅根而跟真理子告別。羅根最終吻了真理子後，與雪緒一起乘坐飛機離開日本。兩年後，羅根回到美國，於機場的安檢處在身後重遇昔日的敵人艾瑞克·藍歇爾。艾瑞克首先利用他恢復的金屬控制能力將羅根束縛，表示變種人的一個最大威脅即將來臨。此時，機場中的人與物品突然定住，而原本早已經化爲灰燼的查爾斯·賽維爾竟也來到羅根的面前，羅根在感到難以置信後決定跟隨他們。