На борту «Аксиомы» ВАЛЛ-И следует за ЕВой до места её назначения. Его действия создают переполох в повседневной рутине как роботов, так и людей. В частности, ВАЛЛ-И добавляет работы М-О (Microbe Obliterator, произношение имени похоже на «моп» — от ^enmop «швабра»), в русском дубляже — ДОКу — специальному роботу-уборщику, которому приходится убирать оставшуюся от гусениц наземного робота грязь, нарушив программу четкого передвижения. Также во время преследования ЕВы ВАЛЛ-И случайно отключает от специальных коммуникационных устройств двух людей: Джона и Мэри, которые были поглощены виртуальным общением и до этого не замечали мир вокруг себя. После столетий пребывания в состоянии микрогравитации (изначально полёт должен был продолжаться пять лет) люди на борту «Аксиомы» лишились значительной костной и мышечной массы и стали настолько ожиревшими, что не могли стоять или двигаться без помощи роботов. Любая задача на борту корабля выполняется роботами, включая его пилотирование, осуществляемое роботом-автопилотом AUTO (для его озвучивания использовалась программа синтеза речи MacInTalk) и бортовым компьютером (озвучен Сигурни Уивер).

На мостике ЕВА пытается показать капитану МакКрею (Джефф Гарлин) обнаруженное растение, но оно исчезло. AUTO сообщает капитану, что ЕВА неисправна и отправляет её на диагностику вместе с ВАЛЛ-И. Ошибочно полагая, что диагностический робот причиняет вред ЕВе, ВАЛЛ-И берёт её руку-оружие и случайно освобождает всех находящихся в очереди на обслуживание дефектных роботов. В тот момент, когда ЕВА пытается вернуть руку, всех беглецов, включая ЕВу и ВАЛЛ-И объявляют в розыск как опасных роботов. Чтобы отменить тревогу, ЕВА пытается вернуть ВАЛЛ-И обратно на Землю, но он отказывается возвращаться без неё. В этот момент появляется помощник AUTO — GO-4, который помещает ранее пропавший ботинок с растением в спасательный корабль, запрограммированный на самоуничтожение. ЕВА понимает, что назревает бунт, и собирается вытащить растение из шлюпки, но ВАЛЛ-И делает это быстрее. Именно сейчас GO-4 запускает шлюпку. ЕВА в ужасе за ВАЛЛ-И и растение, поэтому вылетает за шлюпкой. Тем временем ВАЛЛ-И пытается выбраться из шлюпки, нажимая подряд все кнопки, но ситуация от этого ничуть не улучшается. Тут робот обнаруживает огнетушитель, с которым уже имел дело на Земле… ЕВА уже почти догоняет шлюпку, как вдруг она взрывается. ЕВА не может поверить в это и ускоряется, но в этот момент на неё летит ВАЛЛ-И, используя огнетушитель. ЕВА рада видеть своего друга целым и невредимым, но радуется больше, когда ВАЛЛ-И показывает ей растение. От этих пережитых ею эмоций она «целует» ВАЛЛ-И, после чего они летают вместе вокруг «Аксиомы» и возвращаются обратно. Вскоре она возвращает растение МакКрею. Капитан, чтобы разобраться в обстоятельствах выполнения программы ЕВой, просит показать её запись с Земли, в которой ЕВа видит, как ВАЛЛ-И заботился о ней, после того как она отключилась. Капитан потрясён обстановкой на Земле и решает, что люди должны вернуться и исправить это положение.

Однако AUTO настаивает на том, что они не могут вернуться на Землю, и показывает запись, в которой глава компании Buy 'n Large Шелби Фортрайт (Фред Уиллард) даёт указание автопилотам никогда не возвращаться на Землю, так как планета никогда уже не будет пригодна для жизни. Капитан отказывается подчиниться AUTO, тогда тот запирает капитана в его жилом отсеке, наносит серьёзные повреждения ВАЛЛ-И и деактивирует ЕВу, отправляя обоих роботов и растение в мусорный отсек. Там ЕВУ случайно активируют роботы REM-E (электронные мыши), и она пытается починить ВАЛЛ-И, но поиски запасных частей для ремонта ни к чему не приводят. ВАЛЛ-И указывает ЕВе на растение и говорит про землю, давая понять, что там есть запчасти к нему.