一名前科犯埃德加·蒙森受警察围捕过程中，跑到一座工厂楼顶得到一把遥控器，警探哈洛伦陪其搭档基斯陪警察赶到楼顶时，埃德加大喊五个人正身处性命攸关的游戏中，随即按下遥控器开关。哈洛伦带领警察集体开枪打烂遥控器，而一发子弹正中埃德加的心脏部位使他陷入深度昏迷。
五名素昧平生的人在一座农场中清醒，每人头戴铁桶、脖子被铁链项圈拴住，靠广播声得知若想逃生必须“忏悔”，违规者均必死无疑。五人随即开始被铁链拖向前方电锯，安娜、瑞恩、米奇和卡莉四人靠锯出伤口“献血”来表达诚意，只有第五名受害者未及时清醒而没能逃生。在下一场所中，一个木偶（英语：Billy the Puppet）身上的录音带揭发卡莉数年前沿路抢劫时害死过失主，而面前的三枚注射器分别装有强酸、食盐水、以及为卡莉身体解毒的解药，而解药针则是脱离项圈的钥匙。瑞恩为了保命而将三枚注射器全部打在卡莉身上，导致她被强酸腐蚀惨死。
游戏的两具尸体陆续弃尸于外面，警局法医洛根·奈森和其助手艾莉诺·伯纳威从尸体上寻获的血迹和录音，发现符合过世十年的“竖锯”约翰·克莱默本人。哈洛伦不相信是杀人狂再现，但躺在医院的埃德加于当晚失踪，其尸体于隔天被发现躺入约翰的棺材里。媒体为此开始大做文章，但哈洛伦怀疑是曾经参加过战争留下过心理阴影的洛根、以及兴趣重口味的艾莉诺跟案件有关。洛根得知自己被当成嫌疑犯，跑去和艾莉诺对峙，艾莉诺只承认自己是竖锯的疯狂粉丝，随后带洛根参观她的工作室，里面摆满她近年来建造的一系列拼图游戏机关之仿制品，其中包括未曝光的机关。两人行踪被基斯偷拍取证后，哈洛伦准备逮捕他们，但洛根抢先说服基斯说哈洛伦才是幕后主使，称他想陷害自己和艾莉诺。
安娜、瑞恩和米奇走入谷仓，瑞恩决定无视规则撬异教徒生，却踩空地板使右腿被下方的铁线机关越缠越紧。随后安娜和米奇被困入一间筒仓，即将被倒入谷物和刀具活埋，瑞恩最终牺牲右腿而拉动门把手救出他们。下一关中，米奇播放录音时就被绳子倒吊起来放入一架螺旋形绞肉机关中，录音揭发米奇曾蓄意卖出一台刹车失灵的摩托车而害死过约翰的侄子，如今必须够到机关下方的刹车来逃生。即使安娜尽全力拯救他，米奇最后还是被削成螺旋形惨死。放弃服从规则的安娜试图撬开之前的异教徒生，然而刚钻出去就被一名戴猪面具的人擒获。
安娜和瑞恩随后都被铐住脚链各躺在一端，面前的主凶揭示为约翰·克莱默本人，其曾经跟安娜是邻居。约翰揭发瑞恩高中时就曾害朋友车祸丧生，并至今都在惹是生非；曾因产后抑郁症而与丈夫争吵不断的安娜则失控杀死过自己的幼儿，甚至将罪过嫁祸给她丈夫，导致她丈夫无意之下背罪、精神错乱后自杀身亡。约翰离开前为他们留下一把“通向自由”的霰弹枪，安娜抢先拿到枪试图杀死瑞恩，但未知枪经过调整而会向后发射。自食其果的安娜被自己枪杀身亡，塞入散弹中的两把铁链钥匙也因此损毁，让孤立无援的瑞恩在原地流血赴死。
被削成螺旋形的尸体在艾莉诺的工作室中发现，哈洛伦便开始监视她。洛根协助基斯将所有证据拼凑在一起，证明哈洛伦才是真正的模仿犯，而在哈洛伦家的冰箱中还发现所有受害者身上切下的拼图碎片而证据确凿。同时，洛根被艾莉诺带去调查游戏进行的农场内部，而紧追在后的哈洛伦试图缉拿他们俩，艾莉诺逃出农场求救，而哈洛伦则被不明人士弄昏。洛根和哈洛伦醒后，两人脖子上都戴着激光切割器项圈，广播里的约翰之声音命令他们两人忏悔，洛根坦白他做护工时曾不慎弄混过约翰的X光片，导致约翰的脑癌没有及时被诊断出来。即使认完罪，项圈还是以激光形式杀死洛根，接下来则轮到哈洛伦，他被迫供出多年以来滥用职权、渎职等等罪行。当他全部认罪后，脖子项圈便停止运作。
原以为逃过一劫的哈洛伦却目睹洛根的尸体站起，他身为这起案件的主谋，透过上演死亡而得到哈洛伦的认罪录音。洛根搬出安娜和瑞恩的干枯尸体，供述这起农场游戏其实发生于十年前[a]，他也是当时在第一关中未及时清醒的第五名受害人，背部锯伤之下侥幸被约翰饶恕其“无心之过”，拖去治疗伤口并成为“学徒”，与他合作数年并重塑人生。近几天陆续出现的尸体源于洛根重置这场游戏所产生，所挑选的受害者也是被哈洛伦包庇过、且有相似条件的三名嫌犯。洛根还揭露埃德加也是游戏棋子，在工厂屋顶所中的枪伤也是洛根在远处狙击，借机报复埃德加三年前杀害他的妻子。完成使命的洛根自称是“死者代言人”后重启哈洛伦的项圈，使哈洛伦的头被激光削成八块状惨死，不但将罪名全部推给他，还为所有因他而死的人讨回公道后关门离开。