Фільм відкривається сценою, якій закінчилася «Пила 2» - детектив Ерік Метьюз намагається звільнитися від ланцюга, одягненою на його ногу. Він ухитряється дістатися до свого ліхтарика і в його світлі бачить відрізану ногу доктора Гордона з першої частини. Розуміючи, що це - його єдиний вихід, він все ж не може зробити цього. Однак потім він ламає ногу кришкою від бачка унітазу, в якому в першій частині були заховані ножівки, і звільняється від ланцюга.
Офіцер Рігг кличе Кері на місце чергового злочину, де ми вперше зустрічаємо детектива Марка Хоффмана. Кері думає, що побачить в убитому Еріка, але жертва - Трой, який, за словами Конструктора, що не цінував привілеї, даровані йому при народженні і знову і знову повертався за ґрати. Конструктор вважає, що неволя Трою приємніше свободи і пропонує йому шанс раз і назавжди позбутися від ланцюгів. Однак цей вислів зовсім не фігурально - Трой прикутий ланцюгами за різні частини тіла (шкіра на руках, ногах, ланцюг через губу і так далі). Йому потрібно лише звільнитися від ланцюгів за те короткий час, поки йде відлік таймера бомби, до якої з незрозумілих причин прив'язаний плюшевий ведмедик. Трой намагається звільнитися і це йому майже вдається, але він занадто довго мешкали на початку тесту, і час його минув - він вибухає.
Кері говорить Ріггу, що Метьюз досі сниться їй в кошмарах, вона звинувачує себе в його загибелі, але Рігг намагається переконати її, що вона ні до чого.
Кері зауважує невідповідність почерку вбивці почерку Пили - той завжди давав жертві можливість вижити, тоді як у Троя такої можливості не було - двері в кімнату була заварена, він би не зміг вибратися, навіть якби пройшов випробування.
У себе вдома Кері, дивлячись у дзеркало ванній, раптом помічає позаду себе Еріка Метьюз, однак тут же розуміє, що це всього лише бачення. Вона знову і знову переглядає плівку Троя, як раптом на екрані телевізора виникають перешкоди, а потім транслюється зображення з камери, встановленої в її шафі. Блискавично вона вихоплює пістолет і стріляє в двері, потім намагається взяти камеру, але в цей момент хтось в масці свині нападає на неї ззаду. Кері непритомніє.
Прокинувшись, вона знаходить себе висить на ланцюгах, а до її ребрах прикріплений якийсь прилад (Пастка «Ангел»). Що стоїть в кімнаті телевізор почне працювати, а лялька Біллі говорить їй, що, як йому здається, Кері усіма своїми діями прагне до смерті, і щоб вижити, вона повинна опустити руку в посудину з кислотою і дістати ключ від приладу, інакше він розірве їй груди. З другої спроби вона робить це, знімає замок, але пристрій не відстібається. У Керрі теж не було шансу вижити - замок був лише видимістю і не кріпився до «Ангелу». Раптом вона бачить, що хтось (зрозуміло, що це Аманда Янг) спостерігає за нею. Через кілька секунд Кері гине.
Далі фільм знайомить нас з Лінн Денлон, хірургом. У неї складна ситуація в житті, шлюб на межі розпаду, що позначається на її роботі - вона не прагне всіма силами допомагати людям. Аманда її викрадає і привозить в лігво Джона, де він говорить, що їй доведеться зіграти в гру - будь-якими засобами продовжити йому життя (він хворий на рак мозку), поки ще один випробуваний не пройде серію тестів. Якщо ж серце Джона зупиниться, то прилад, надітий на Лінн, підірве їй голову.
У Джеффа теж складний період в житті - він живе заради помсти: його малолітнього сина збила машина, а водієві дали всього півроку. Кілька років Джефф уявляє собі, як зустрінеться з вбивцею свого сина, він забув про дочку, ніщо інше йому не цікаво. Мета Пили - дати Джеффу зрозуміти, що життя заради помсти саморуйнівної, і він змушує вступити його у гру, обіцяючи, що в фіналі він зустрінеться віч-на-віч з людиною, який у відповіді за втрату його дитини. Чи зможе він пробачити?
Серед його випробувань - зустріч з жінкою, Даников Скотт, яка могла б стати свідком смерті його сина, але вважала за краще сховатися. Вона поміщена в морозилку, і її обливають струменя води. Джефф може врятувати її, а може кинути вмирати. Він довго коливається, але в підсумку намагається врятувати їй життя, однак не встигає - жінка замерзає на смерть.
Другим випробуванням є зустріч з суддею, який виніс м'який вирок водієві. Суддя захлинеться в місиві з розкладаються свинячих трупів, що скидаються в м'ясорубку, приєднаної до резервуару, де він прикутий, якщо Джефф НЕ спалить особисті речі свого сина, які він дбайливо охороняв навіть від своєї дочки, щоб дістати ключ. Джефф встигає зробити це, дістає ключ і рятує суддю.
Тим часом Лінн робить все, щоб Джон не помер. Вона проводить операцію на його мозку, щоб послабити тиск пухлини на стінку черепа, і Джон дивно швидко після такої операції йде на поправку. У маренні його відвідують бачення про свою дружину Джилл. Вважаючи, що розмовляє з дружиною, він тримає Лінн за руку і каже їй, що любить її. Це змушує Аманду ревнувати Джона до Лінн і налаштовує її проти останньої.
Наступна гра Джеффа - зустріч з винуватцем смерті його сина, водієм Тімоті. Він прив'язаний до пристрою, який сам Пила називає своєю гордістю - це диба. Вона почне вивертати його суглоби (в цьому випадку - голову і кінцівки), якщо Джефф не зможе дістати ключ, що висить на нитці, яка прив'язана до спускового гачка дробовика, що знаходиться в прозорому ящику. Голос на диктофоні запитує Джеффа, чи готовий він отримати кулю заради вбивці його сина? Під нестямні крики Тімоті Джеффу вдається дістати ключ, не навівши до пострілу, однак він необережно відпускає нитку, і зброя все-таки стріляє. На лінії вогню знаходиться суддя, і куля розносить йому голову. У Джеффа не вистачає часу, щоб врятувати Тімоті, і він також гине.
По дорозі, Джефф знаходить в самому початку патрон, потім порожній магазин, а в кінці сам пістолет. А тим часом Аманда проявляє все більше агресії до Лінн, і Джону доводиться неодноразово осаджувати її. Джон каже Аманді, що в ящику столу для неї є конверт з листом, після прочитання якого у Аманди починається істерика.
Джефф проходить свої випробування, і Джон каже Аманді, щоб вона зняла прилад з шиї Лінн і відпустила її. Аманда робити це відмовляється. Джон каже, що вона підвела їх до краю прірви і, поки не пізно, краще б їй відступити. Він нагадує їй, що її гри нечесні, що у її жертв немає шансу вижити, нагадує їй про Еріка Метьюз. У відповідь Аманда розповідає Джону, що це вона задушила Адама зі співчуття (хоча могла б просто відпустити), а що стосується Еріка Метьюз - вона була змушена його побити і кинути вмирати, так як він, звільнившись, напав на неї.
Джон знову і знову просить відпустити Лінн, але та відмовляється. Тим часом Джефф, озброєний пістолетом з одним патроном, підходить до місця подій. Він кличе Лінн, вона кидається до нього, і в цей момент Аманда стріляє в неї. Джон каже що Аманда цим пострілом обірвала чотири життя. Джефф підхоплює Лінн на руки і стріляє в Аманду. Тепер вона приречена на смерть.
Джон нарешті відкриває Аманді справжню суть його гри - гра була не тільки для Джеффа і Лінн, але і для неї самої. Він не сказав їй, що Джефф і Лінн - чоловік і дружина, він приховав від неї їх загальну трагедію, щоб провести останнє випробування своєї невірної помічниці. Аманда вмирає, і Джон звертається до Джефа. Він каже, що той нічого не навчився, що він так само одержимий помстою, він попереджає, що його дружина скоро помре, але Джон може викликати швидку, якщо Джефф відмовиться від думки про помсту. Джон каже, що Джефф не вб'є його і пропонує останнє випробування - він може помститися Джону за все зло, що він заподіяв їм, або ж може пробачити. Джефф прощає його, але тут же болгаркою перерізає йому горло, і Джон захлинається кров'ю. З останніх сил він включає диктофон, і Джефф з жахом розуміє, що ж він накоїв - мало того, що його дружина помирає від активації приладу на її шиї, але ще виявляється, що тільки Джон знає, де зараз дочка Джеффа, у якій обмежений запас повітря, яку в наступному фільмі виносить з будинку детектив - ще один учень Пили.
Фільм закінчується вщухають криками доведеного до відчаю Джеффа.