Han pasado 24 horas desde los hechos acontecidos en Resident Evil: 2, esta vez Jill Valentine busca escapar de la ciudad, para reunirse con Chris en Europa, en donde esta la central de Umbrella Corporation.
Ella y sus compañeros sobrevivientes, intentaron advertirle a la ciudad de los negocios sucisos de Umbrella, y para ello tenían que convencer al jefe de policía de Raccon City, pero no les creyo, debido a que era sobornado por Umbrella.
Chris, Barry y Rebbeca parten rumbo a Europa y Jill les menciona que ira en unas semanas más.
El dia 28 de Septiembre sera una fecha inolvidable para Jill, pues justo cuando se disponia a partir, un nuevo brote del Virus-T, la obligó a quedarse. El departamento de policia asombrado a lo que vein decidó enfrentarse a los zombies, pero no estaban listos para esto, y ahora tendran que pagar su ignorancia con su propia muerte.
Mientras el ataque se desataba, Umbrella decidió probar un nuevo B.O.W. (Biological Organic Weapon), mejor conocido como Nemesis.
Su objetivo era eliminar a toso los miembros de S.T.A.R.S., para que así la verdad acerca de Umbrella no saliera a la luz pública.
En su camino por escapar de la ciudad Jill encuentra a un viejo amigo y compañero del equipo: Brad Vickers, quien le advierte que hay un monstruo persiguiéndolos para matarlos. Jill decide ir a la comisaria en busca de mas policias, pero al llegar alli, es interrumpida por Brad que le dice que el monstruo esta detrás de él. Aún no acaba de respirar cuando Nemesis aparece y le atraviesa el craneo por uno de sus tentaculos. Jill entra en la comisaria escapando de Nemesis, y al subir a su vieja oficina, recibe un mensaje por el radio acerca de un sobreviviente que se encuentra al sur de la ciudad.
Jill reaccionando a su sentido de justicia va en busca de él y así conoce a Carlos Oliviera, un mercenario de UÇmbrella, que no sabe nada acerca de la corporación para la que trabaja. Carlos le menciona a Jill que planean él y sus compañeros, escapar de la ciudad por medio de un helicóptero que los recojera en la torre del reloj, pero que primero necesitan tomar un trolebús para llegar allá.
Jill lo acompaña hasta el trolebús en donde conoce a los otros dos compañeros de Carlos, Mikhael (herido gravemente) y Nicholai (jefe de Carlos). Carlos le dice a Jill que el trolebús no funciona y esta se ofrece a conseguir lo necesario para ponerlo en operación.
Cuando Jill regresa con todo lo necesario y se disponen a partir, Nicholai no aparece, por lo que Carlos pensando que esta muerto, decide dejarlo atrás. Justo cuando el trolebús arranca, Nemesis hace su aparición y Mikhael decide sacrificarse para salvar las vidas de Jill y Carlos. Debido a esto el trolebús se sale de las vías y choca contra un edificio anexo a la torre del reloj, Carlos le dice que la señal para que llegue el helicoptero es que suenen las campanas.
Cuando Jill Hace sonar las campanas y el helicoptero aparece, es destruido por Nemesis con su lanzacohetes y termina infectando a Jill con el Virus-T.
Ahora la misión de Carlos es encontrar una cura para el virus y el único lugar donde podria estar es el hospital de Raccon City. Cuando Carlos consigue la cura, se ve apresurado a abandonar el hospital pues alguien colocó una bomba. Carlos sale justo a tiempo y le lleva la cura a Jill, ésta se recupera y decide ir a una vieja fabrica en las periferias de la ciudad, pero que en realidad es una fabrica de Umbrella disfrazada.
Ahí Jill descubre que un misil destruira la ciudad al amanecer y para poder salir ocupa una tarjeta roja que tiene un investigador muerto, y cuando Jill trata de tomarla aparece Nemsis y esta vez Jill usa unas tuberias con ácido para matarlo, pero solo logra deformarlo y tirarlo a un tanque séptico.
Cuando Jill y Carlos estan a punto de escapar aparece Nicholai que les dice que acabara con ellos, pero Jill lo mata con el lanzacohetes (también puede ser asesinado por Nemesis antes que Jill deforme a éste ultimo).
Por fin la ultima habitación antes de que un nuevo helicóptero los rescate de esta pesadilla, pero algo malo ocurre, aparece Nemseis completamente deformado y empieza a devorar a un Tyrant muerto que se encontraba en la habitación, y con esto muta a una criatura mas grande y repulsiva que la anterior. La única esperanza de Jill es un potente lanza rayos que hay en la misma habitación, pero primero ocupa poner las tres baterías que le dan el poder. Una vez conseguido esto Jill posiciona al monstruo y por fin es destruido o eso parece, pues cuando Jill se dispone a salir, Nemesis aun sigue vivo y quiere atacarla, pero ésta esquiva su ataque y encuentra una Magnum y le dice: "You want S.T.A.R.S., I'll give you S.T.A.R.S." (traducción: "quieres S.T.A.R.S., te dare S.T.A.R.S.") y termina por dispararle y acabar con el de una vez por todas.
Cuando Jill sale encuentra a Carlos que le hace señales al helicóptero para que los rescate y una vez que suben a el, el misil llega a la ciudad y la destruye con todo y el brote del virus que surgió.
Jill reconoce al piloto del helicóptero y es nada mas que Barry.
