Игра начинается в мужском туалете. Дюк мочится, а затем проходит небольшой брифинг с солдатами EDF (Earth Defence Force). Оказавшись на футбольном поле, Нюкем в одиночку сражается с инопланетным императором Циклоидом (Cycloid) и, убив, забивает его вырванным глазом гол (это явная отсылка на финал предыдущей игры).

После победы на экране появляются финальные титры, камера отдаляется и становится понятно, что Дюк играет в видеоигру находясь при этом в своём огромном особняке в компании двух симпатичных близняшек Холсен. Они предлагают Дюку посмотреть их новое музыкальное видео, но неожиданно трансляция прерывается. Диктор сообщает, что над Лас-Вегасом висит огромный инопланетный корабль. Выйдя в холл, Дюк видит его в окно. Пройдя по своему небоскребу в телестудию, Дюк узнает, что съемка телешоу с его участием отменена. Спустившись в свое тайное убежище, Дюк принимает сеанс видеосвязи с генералом Грейвсом и президентом США и получает задание не вмешиваться в происходящее, пока президент пытается вести переговоры с императором Циклоидом.

В здании появляются инопланетные штурмовики и свинокопы. Дюк вооружается и следует к лазерной турели, с помощью которой он сбивает главный инопланетный корабль — Mothership. Тем временем пришельцы помещают земных женщин в коконы для транспортировки в неизвестном направлении. Пробравшись по своему отелю и казино, Дюк оказывается уменьшенным и часть пути проделывает на игрушечном автомобиле. Вернув свой привычный рост, Дюк защищает от нападения инопланетян своих близняшек, но их всё же похищают, и он отправляется их спасать.

Пройдя несколько разрушенных кварталов, Дюк убивает огромного командира штурмовиков и спускается в «Купол Дюка», где пришельцы организовали «Улей», куда транспортируют похищенных женщин и используют для размножения. Не имея возможности помочь несчастным, Дюк вынужден идти дальше, пока не находит своих близняшек, чью смерть он также не в силах предотвратить. Уничтожив несколько десятков коконов, Дюк попадает на ледовую арену, где сталкивается с Королевой (аналогом пчелиной матки у пришельцев). Убив её и вырвав её язык, Дюк теряет сознание от взрыва её внутренностей. Последнее что он видит — подбегающего к нему солдата.

Дюк приходит в себя в собственном стриптиз-баре. Милая девушка предлагает Дюку найти презерватив, попкорн и фаллоимитатор, после чего обещает ему приятную ночь. После того, как он находит все предметы, Дюк оказывается в комнатке для приватных танцев, но неожиданно его видение (оказавшееся просто сном) прерывается, и он приходит в себя на борту вертолёта. Сопровождающий его боец EDF объясняет, что пока Дюк был без сознания, пришельцы открыли портал над дамбой Гувера. Но прежде, чем они добираются до цели, их сбивают, и главный герой попадает в ресторан «Бургер Дюк». После нескольких стычек с пришельцами он проникает внутрь заведения и, уменьшившись, проходит через затопленную кухню, где помогает неизвестной девушке. Взобравшись на крышу здания и получив оружие-уменьшитель, Нюкем сражается со свинокопами, и, наконец, отправляется к дамбе.

Под мелодию «Полёт Валькирии» Вагнера в жанре метал, Дюк расстреливает свинокопов на шоссе с борта вертолета. Высадившись, он продолжает путь на бигфуте, но вскоре бензин заканчивается, и ему приходится искать ближайшую заправку. Добравшись до заброшенного городка Морнингвуд, Нюкем в стиле вестерн под музыку кантри расправляется со свиньями и, вновь заправив бигфут, едет дальше. В третий раз за бензином приходится идти в заброшенную шахту. Проехав на вагонетках, Дюк добирается до дамбы, попутно утопив свой автомобиль.