Après la défaite subie lors de la bataille de Yavin et la destruction de l'Étoile Noire par Luke Skywalker, l'Empire traque les rebelles dans toutes la galaxie en utilisant des milliers de droïdes sondes.
On voit ainsi l'une de ces sondes impériales atterrir sur Hoth, une planète glaciale située dans le système du même nom. C'est sur cette planète que les rebelles se sont réfugiés et Luke, en patrouille sur un Tauntaun à ce moment là, décide d'aller voir cet objet tombé du ciel.
Mais il n'en a pas le temps car il est attaqué par un Wampa, un monstre des glaces, et se retrouve emprisonné dans la grotte de l'animal. Il réussit toutefois à s'échapper en frappant le Wampa grâce à son sabre laser qu'il a pu attraper en utilisant la Force. Sans moyens de transport, le jeune Luke erre parmi les glaces et finit par s'évanouir après avoir vu une apparition de son défunt maître jedi, Obi-Wan Kenobi. Celui-ci lui enjoint de retrouver un certain Yoda, le maître jedi qui l'a formé, dans le système Dagobah.
Pendant ce temps, dans la base rebelle, Han Solo s'apprête à quitter la planète pour enfin régler sa dette à Jabba le Hutt. Lorsqu'il apprend que Luke n'est pas rentré de patrouille, alors que la nuit approche, il décide aussitôt de partir à sa recherche à dos de Tauntaun, malgré les risques. Par chance, il retrouve Luke au moment où celui-ci vient de s'évanouir. Le lendemain, les Snowspeeder sont enfin opérationnels et l'un d'eux repère le campement construit par Han pour la nuit.
De retour à la base, Luke est plongé dans une cuve bacta et se remet rapidement de ses blessures. Au poste de commandement, les rebelles découvrent qu'un étrange signal est émis depuis la planète. C-3PO, qui maîtrise de nombreuses formes de communication, les informe qu'il s'agit vraisemblablement d'un code impérial. Han et Chewie se rendent sur place et découvrent la sonde impériale, aperçue au début du film, qui fait feu sur eux. À peine commencent-ils à répliquer que la sonde s'autodétruit, révélant ainsi leur position aux Impériaux.
Toute la base se met alors en alerte pour préparer une évacuation en urgence. Les rebelles sont en effet protégés d'une attaque depuis l'espace par leur bouclier énergétique mais ils ne peuvent résister longtemps à une attaque terrestre. C'est la fameuse bataille de Hoth pendant laquelle l'Empire déploie ses fameux quadripodes impériaux (TB-TT). Luke, à la tête d'un escadron de Snowspeeder parvient à en détruire un mais finit par s'écraser, touché par un tir de canon laser. Après avoir fait exploser un second quadripode grâce à une grenade lancée à l'intérieur de celui-ci, il rejoint son X-Wing et part avec R2-D2 pour le système Dagobah, où il continuera sa formation de Jedi auprès du maître Yoda. De leur côté, Han, Chewie et la princesse Leia, s'enfuient à bord du Faucon Millenium. Mais l'hyperpropulsion de celui-ci est défaillante et ils ne peuvent échapper à la flotte impériale. En désespoir de cause, ils foncent dans un champ d'astéroïdes, où ils trouvent refuge dans une grotte stellaire. La grotte se révèle être en réalité la gorge d'un gigantesque monstre spatial.
Une fois sorti de la « grotte », le Faucon prend la route de Bespin, une planète où Lando Calrissian, ami de Han, a une exploitation minière. Mais, sur place, Vador et ses troupes sont en embuscade et attendent le Faucon Millenium. Une fois capturé, Han est mis en congélation carbonique et est livré à Boba Fett, un chasseur de prime à la solde de Jabba le Hutt. Entretemps, Lando libère Leia, Chewie et les droïdes et les emmène sur le Faucon. Luke arrive à son tour sur Bespin et est contraint de se battre contre Vador. Luke connaît enfin la vérité sur son père (la phrase culte de Star Wars : "Non, je suis ton père" ), qui est en fait Dark Vador, seigneur Sith et ancien apprenti de Ben. Luke trouve une échappatoire et se fait récupérer par le Faucon qui est poursuivi par des chasseurs TIE. R2-D2 parvient à réparer l'hyperpropulsion sabotée du Faucon et à sauver tous ses compagnons du même coup. Le Faucon rejoint l'Alliance qui réunit une flotte pour une autre attaque...
