En 1865, un soldat de l'Union, fraîchement démobilisé puisque la guerre de Sécession vient de prendre fin, entre dans un confessionnal pour s'y repentir du crime atroce, presque indicible, qu'il a commis pendant le conflit. Le prêtre l'abat d'une balle de revolver après lui avoir demandé des détails sur ce qui s'est passé à Meridian. Pendant ce temps, Thomas Durant soulève l'enthousiasme d'une assemblée d'investisseurs en comparant la ligne de chemin de fer transcontinentale en cours de construction aux pyramides d'Egypte. Le faux prêtre, Cullen Bohannan, rejoint le chantier de l'Union Pacific Railroad...

Durant demande au journaliste venu prendre des photos du massacre de rechercher le maximum d'effets dramatiques. Le corps de Robert Bell est découvert dans les bois mais la précieuse carte qu'il portait sur lui reste introuvable. Le portrait de Lily Bell, découvert dans l'une des poches du mort, serait-il un premier indice ? Deux hommes escortent Cullen jusqu'au Suédois, sous un faux prétexte. Le Suédois veut savoir qui a tué Johnson. Cullen refuse d'impliquer les affranchis dans le meurtre. Le Suédois en déduit qu'il doit être le coupable. Cullen tente de fuir mais son adversaire a tôt fait de le bloquer. Dans le Nebraska, Lily Bell tente d'échapper à trois Cheyennes lancés à sa poursuite...

Dans la tente du chef d'équipe, Cullen trouve une photo représentant feu Johnson en compagnie de huit autres soldats de l'Union. Cullen fait ses comptes. Il a déjà réglé ceux de trois des bourreaux rassemblés sur la photo. Une inscription lui en dit plus long sur un quatrième larron. Le sergent Harper a du souci à se faire. Les efforts déployés par Cullen pour organiser le travail sur le chantier sont contrariés par la prime de cent dollars que le Suédois offre pour la capture de Lily Bell. Le Suédois tente de ruiner le crédit de Cullen auprès de Durant mais doit admettre qu'il s'y entend pour conduire les travaux. Cullen trouve Lily et constate que sa blessure ne fait qu'empirer...

Harper donne du fil à retordre à Cullen. Pour lui échapper, il oblique vers le nord et va jusqu'à abattre son cheval. Pendant ce temps, Lily, toujours vêtue de sa robe ensanglantée, se recueille sur la tombe de son mari. Durant la surprend et comme il s'étonne de son arrivée inattendue, elle lui répond que Cullen a veillé à sa sécurité. Au retour de Cullen, Elam lui demande s'il a tué Harper. Cullen ne répond pas. Après une nuit d'amour, Elam et Eva comparent les marques que l'esclavage a laissées sur eux. Eva raconte à Elam qu'elle a été vendue aux Indiens contre trois couvertures et un cheval...

Le chef Many Horses soumet Pawnee Killer à une épreuve initiatique qui, s'il la surmonte, lui procurera une vision. Lily apprend à Cullen qu'il est considéré par les ouvriers comme un héros, depuis qu'il a risqué sa vie pour sauver l'un d'eux. Cullen expose les plaintes des ouvriers à Durant. La paie se fait attendre. Une patrouille de quatre soldats de l'Union annonce l'arrivée d'une troupe plus conséquente. Le révérend Cole dit à Joseph que le chef Many Horses doit en être averti. Des soucis domestiques retiennent son attention. Ruth, sa fille, lui demande de l'héberger après lui avoir annoncé la mort de sa mère. Cole accepte avec réticence et lui ordonne de ne jamais sortir de la tente, à moins qu'elle ne soit en flammes...

Durant organise en grandes pompes la réception du sénateur Crane sur le chantier. ll rejette par ailleurs la proposition de Lily. Le sénateur apprécie l'accueil et annonce aux ouvriers qu'il est venu négocier avec les Indiens, et menace : «Si ces sauvages veulent la bagarre, ils en auront une, et une bonne». Au saloon, Cole demande à Cullen de mieux contrôler les ouvriers lorsque des Cheyennes sont en ville. Faute de quoi, le sang coulera. Dans le Pullman, Durant rassure le sénateur. Il n'a plus de problèmes, ni avec la paie des ouvriers, ni avec le crédit des banques. Lily assure que les cartes de Robert assureront le succès du franchissement des Rocheuses. Durant est obligé d'admettre qu'il ne les a pas, ces fichues cartes...

Elam se souvient de la réaction de son maître, à l'époque où il était esclave, lorsqu'il lui avait fait la démonstration qu'il avait appris à lire dans la Bible : «C'est comme un perroquet récitant du Shakespeare». Devant ses cadres, Durant se montre confiant en l'avenir mais réserve au seul Suédois son inquiétude au sujet de la trésorerie. Tandis que Lily évoque devant Cullen l'Amérique telle qu'elle l'avait rêvée à son arrivée avec Robert, Eva fait irruption et supplie Cullen de sauver Elam de la pendaison dont il est menacé...

Alors qu'ils rentrent de Chicago, Durant et Lily tombent dans un piège tendu par les Indiens. Leur train déraille. Lorsque le Suédois accourt sur les lieux, Durant lui demande d'envoyer Cullen à la tête d'une expédition punitive. Mais Cullen a quitté le campement avec Elam, après l'échec de la pendaison. La nouvelle agace Durant. Cullen choisit ce moment pour réapparaître. Une courte lutte s'engage entre lui et le Suédois, dont Cullen sort vainqueur et son adversaire roué de coups. La tente qui sert habituellement d'église est reconvertie en hôpital où affluent les blessés. Cullen et le lieutenant Griggs reçoivent mission de traquer les Indiens responsables de l'attaque...

Alors qu’ils traquent la bande de Cheyennes commandée par Pawnee Killer, Cullen et le lieutenant Griggs tombent dans une embuscade tendue par les indiens. Les tuniques bleues paient un lourd tribut mais Cullen et Elam font montre d'une belle efficacité meurtrière. Pawnee Killer tente de prendre la fuite. Joseph l'abat d’une balle dans le dos et ramène son corps jusqu'à l'ancien campement de la tribu. Griggs menace de tuer Joseph, qu'il soupçonne de les avoir volontairement jetés dans un piège. Cullen lui sauve la mise. Joseph rend les derniers hommages à son frère, tandis que Cullen et Elam se séparent des soldats. Sur le chemin du retour, Cullen et Elam croisent la route de Lily Bell, qui travaille désormais pour Durant...

Cullen revoit le jour où il a découvert sa ferme ravagée, sa femme morte et s'en est allé sans se retourner après avoir enterré femme et enfant. Il vient d'apprendre que le Suédois a informé les autorités fédérales de son implacable projet de vengeance qui inclut des soldats de l'Union...

Des braqueurs masqués attaquent un train convoyant des fonds. Alors qu'ils prennent la fuite avec le butin, un gardien tire sur un des bandits, Cullen, le blessant à l'épaule. Quand il est hors d'atteinte, Cullent retire son masque. Hawkins, le chef de la bande, lui attribue sa part. Mais Cullen l'enjoint à garder sa part pour fonder leur colonie pénitentiaire à Mexico...

A Durant, Eva entend des cris : elle découvre que l'employé du télégraphe a été assassiné. Quand des hommes arrivent en ville et mettent le feu aux habitations, elle se cache...

Le boucher de la ville, Bauer, est bouleversé d'apprendre que Schmidt a été tué à cause d'une prostituée. Au saloon, Durant demande à Elam de surveiller Cullen. Mais Elam est encore en train de cuver tout l'alcool qu'il a consommé la veille. Pendant ce temps, à la maison close, Mickey promet à Ginny que si quelqu'un la menace, il connaîtra le même sort que Schmidt...

La construction de la ligne de chemin de fer se poursuit. Mais les endroits dans lequels les ouvriers travaillent sont de plus en plus dangereux, car situés en territoire indien. Fleming, une sentinelle, est torturée par les Sioux. Cullen, alerté par les cris du malheureux, tire en direction des Indiens, qui s'éparpillent. Mais Fleming, touché par une balle, meurt. Au camp, Cullen retrouve le révérend Cole : il lui offre à boire et lui demande de prononcer une oraison funèbre...

Hawkins finalise son projet de voler l'entreprise des chemins de fer. Il en profite pour donner à Doc des nouvelles de Cullen. Sur le chantier de construction du pont, Cullen vient en aide à Toole et à son équipage. Lily, sur le point de rejoindre le Pacifique, s'interroge sur son avenir. Enchaîné à une enclume, le révérend Cole se dispute violemment avec le Suédois. Au saloon, un des bandits de la bande de Hawkins reproche à Elam de laisser les Noirs fréquenter son établissement. Elam s'apprête à dégainer son arme, mais Hawkins survient et tente d'apaiser les discussions...

Le Suédois et Cole ont rendez-vous avec des Sioux. Le chef, Yellow Dog, offre une peau de loup blanc au Suédois. Ce dernier explique aux Indiens que des Sioux l'ont sauvé après qu'il a été chassé de la ville. Il raconte également à Cole qu'il est «L'Esprit blanc». Ensemble, les deux hommes décident de donner des armes aux Indiens. Au cours de son transfert en train à Chicago, Doc a des visions à propos de son fils. Lily lui apprend qu'elle a envoyé un message télégraphique à sa femme pour l'informer de son arrivée...

Le Suédois se prépare à rejoindre une fête sioux. Au bureau du chemin de fer, Toole, lui, s'interroge sur les incidences de la mort de Durant sur son travail et celui de son équipe. Cullen rejoint Ruth dans l'église pour se recueillir sur le cercueil du révérend Cole. Il profite de ce moment pour avouer que c'est lui qui a incité Joseph à commettre ce meurtre. Mickey reproche à Sean d'avoir cédé ses terres à l'Eglise sans l'avoir consulté. Cullen espère obtenir des aveux du Suédois...

Cullen et Toole réparent la machine à vapeur quand Lily les interrompt pour leur annoncer que Durant est de retour. Au saloon, Sean exclut Mickey du jeu de cartes et lui réclame sa part des gains, justifiant cette démarche par le fait qu'il doit rembourser à Durant sa part des parcelles de terre. Mais Mickey reste sourd à sa requête, prétendant être à court d'argent. Dans le train, Eva propose son aide à Durant pour préparer son retour à Hell on Wheels. Mais ce dernier décline son offre. Au bureau du chemin de fer, Lily est surprise par la présence de Hannah, la femme de Durant, fraîchement débarquée de Chicago...

Un officier interroge Cullen sur le saccage de Hell. Il tente de faire le lien entre cette destruction et une lettre envoyée par Lily aux Chemins de fer et dans laquelle elle décrit assez précisément la stratégie de corruption de Durant. Au bureau, Lily informe Cullen qu'il a été rétrogradé au rang de commis. Hannah remercie chaleureusement Eva d'avoir pris soin de Durant. Elle suggère à son époux de rentrer au plus vite à l'hôpital mais ce dernier insiste pour participer à une réunion avec le conseil d'administration. A l'église, Ruth explique à Sean qu'ils ne peuvent se marier à cause de leurs religions différentes...

Eva reçoit des condoléances de toutes parts. Dans son éloge funèbre, Mickey insiste sur l'affection qu'éprouvait le défunt pour sa femme. A l'autre bout de la ville, Ruth procède au baptême de Sean. Dans le bureau des chemins de fer, Durant reçoit un télégramme l'informant que l'armée n'enverra aucun renfort tant qu'elle n'aura pas de plus amples renseignements sur les Sioux. Dans le train, Elam révèle à Lily que Durant l'a recruté pour la tuer. Le lendemain, un cheval portant en bandoulière le Suédois inconscient et gravement brûlé arrive en ville...

L'hiver a été long, et Cullen, harassé, souffre d'hallucinations. Après avoir repris ses esprits, il prend la direction d'Omaha, dans le Nebraska, où il retrouve Elam et Eva. Il contraint Elam à l'accompagner à New York, où il a la ferme intention de décrocher le poste d'ingénieur en chef à l'Union Pacific. Malheureusement, Clement Beale, le secrétaire du Crédit mobilier, fait valoir que le poste est déjà pourvu. Cullen refuse de baisser les bras et, après avoir présenté ses plans au conseil d'administration, obtient satisfaction...

Cullen doit négocier l'expropriation de Aaron Hatch, un fermier mormon. Mais celui-ci refuse d'abandonner ses terres. De son côté, Elam rencontre son nouvel employeur, Dick Barlow, le chef de la police des chemins de fer...

Alors que Cullen encadre un chantier, un homme à cheval se précipite vers lui. Des Indiens ont attaqué des ouvriers des chemins de fer, tuant cinq hommes, et volé 300 têtes de bétail destinées à la subsistance des travailleurs. Après avoir chargé Dutch d'enterrer les malheureux, Cullen part sur la piste des Indiens avec Elam. En chemin, les deux hommes tombent sur un cheval abandonné. Le pelage de l'animal est peint et non teint. Cet élément fait prendre conscience à Cullen que les assaillants sont des blancs. Les deux hommes pistent les voleurs jusqu'à leur camp. Ils les abattent tous, n'en épargnant qu'un seul...

Un incendie ravage le stock de bois nécessaire à la construction de la voie ferrée. Cullen et Elam font alors appel à Jimmy Two Squaws pour les mener jusqu'au territoire des Kiowas et les aider à négocier l'achat d'épicéas. Si, selon Jimmy, les Kiowas ont pour habitude de tuer les étrangers, il garantit à Cullen que sa seule présence garantit leur sécurité. Après une arrivée dans le village moins sereine que prévue, les trois hommes se lancent dans une âpre négociation avec le chef Red Bear. Celui-ci est prêt à leur céder du bois si Cullen et Elam remportent une partie de baseball contre des hommes de sa tribu. Les règles du jeu sont cruelles...

Après la disparition du bébé d'Eva, tous les habitants de Hell on Wheels se lancent à sa recherche. Elam soupçonne fortement Declan d'avoir kidnappé la fillette. De son côté, Cullen veut que le camp soit déplacé au plus tôt, que l'enfant soit retrouvée ou pas. Il s'interroge cependant sur cette disparition inquiétante. Lorsqu'un forgeron l'avertit que deux chevaux ont été dérobés, Elam se lance à la poursuite des voleurs, rapidement suivi par Cullen...

Joseph Dutson baptise le Suédois dans la rivière. En plein milieu de la cérémonie, celui-ci poignarde le mormon puis son épouse. Seul autre témoin de la scène, le jeune Ezra parvient à s'enfuir. Durant arrive à Hell on Wheels accompagné de Louise et du général Grant. Il ordonne aussitôt à Cullen de stopper le chantier. A son initiative, le Crédit mobilier va enquêter sur la façon dont Cullen dirige les opérations...

Une épidémie de choléra se déclare sur le chantier. Les réserves d'eau sont contaminées. Cullen ne propose qu'une alternative aux ouvriers : soit ils travaillent sous un soleil de plomb sans boire, soit ils boivent et meurent à l'infirmerie. Ses propos provoquent la colère et l'indignation des travailleurs. L'un d'eux, qui va jusqu'à pointer une arme sur Cullen, est froidement abattu. La rivière la plus proche étant à trois jours de cheval, Cullen se rend à Cheyenne pour demander de l'aide à Durant...

A Cheyenne, Cullen tente de convaincre Durant de l'aider à récupérer les ouvriers qui ont déserté et ont rejoint le camp des Mormons à Fort Smith. A Hell on Wheels, Elam et Eva se disputent violemment au sujet du bébé, Elam reprochant à la jeune femme d'avoir confié le nourrisson à Declan. Sean décide de révéler à Ruth la véritable nature de Mickey...

Les ouvriers n'ont que deux jours pour poser les cinq miles de voie ferrée qui feront la jonction avec Cheyenne. Pour respecter les ordres du général Grant, Cullen leur demande de travailler le dimanche en échange d'une prime et d'une tournée générale au saloon. Durant, qui surveille l'avancée du chantier, voit d'un mauvais oeil l'arrivée de Cullen dans sa ville. Sur les conseils de Maggie, il l'invite cependant à déjeuner pour essayer de faire la paix. Mais il n'est pas le seul à s'intéresser au chantier : un groupe d'hommes à cheval observe Cullen et ses hommes de loin...

Cullen est retenu prisonnier dans le fort des mormons, qui l'accusent d'avoir déshonoré Naomi. Sous l'autorité du Suédois, qui se présente dorénavant comme le révérend Joseph Dutson, il est soumis à un simulacre de procès. Pendant ce temps, à Hell on Wheels, Ruth reproche à Elam d'avoir abandonné Cullen...

Travaillant toujours sous la coupe du Suédois à Fort Smith, Cullen attend impatiemment l'imminente naissance du bébé.

Afin d'échapper au Suédois, Cullen décide de confesser ses crimes. La réelle identité du "pasteur" éclate au grand jour.

Cullen, Naomi et William arrivent à Cheyenne sans encombre. Durant veut faire percer un nouveau tunnel pour le train.

Face à l'incompétence de Delaney, Cullen prend les choses en main. De son côté, McGinnes subit les foudres de Campbell.

Sydney échappe aux frères Fuentes. Il arrive à Cheyenne en ignorant que l'un d'eux a survécu. Durant affronte Heckard.

Attaqué par un ours, Elam Ferguson est recueilli, entre la vie et la mort, par une tribu comanche. Une squaw le soigne.

Lorsqu'Elam arrive soudain à Cheyenne, Campell croit comprendre qu'il a perdu la raison. Cullen essaie de le raisonner.

Alors qu'une excavatrice à vapeur doit être installée, Cullen se consacre au chantier. Il en oublie Naomi et le bébé.

Le transfert des prisonniers vers Omaha est organisé par Campbell. Cullen tente d'intervenir afin de les libérer.

A Cheyenne, Cullen, Durant et les fuyards trouvent refuge dans l'église. Ils parviennent à négocier avec Campbell.

Eva et Cullen tentent de maintenir Sidney en vie. Le cousin de Mickey se propose de reprendre la gestion du saloon.

Malgré les soins prodigués, Sidney décède. Ruth comparaît sans délai afin de répondre de ce meurtre. Cullen la défend.

Ayant quitté l'Union Pacific, Cullen prend la route de Fort Smith. Une fois sur place, il constate que Naomi a disparu.

Huntington charge Cullen de recruter de nouveaux ouvriers. Cullen se met en quête de Chinois en bonne santé. Il se rend pour cela en Californie. Il travaille à la création d'une route à travers les montagnes de l'Utah. Parallèlement, le Suédois remet une vieille menace sur le devant de la scène...

Le chantier atteint la Sierra Nevada, mais les conditions de travail, particulièrement difficiles, compliquent la tâche des ouvriers...

Chang échappe de peu à la mort : Cullen et Tao le sauvent alors qu'il allait être lynché par des ouvriers blancs mécontents. Chang demande justice mais réalise que les lois américaines ne s'appliquent pas aux Chinois. Pendant ce temps, Mei récupère de ses blessures et cherche à retourner sur le chantier sans être reconnue. Le Suédois, de son côté, relève des erreurs dans les comptes des Mormons...

Les travailleurs chinois bloquent le chantier, répondant à l'appel à la grève lancé par Chang. Alors que les hommes qui avaient tenté de le pendre sont expulsés de la ville, Cullen arrive, envoyé pour négocier les conditions de la reprise du travail. Cependant, il n'est pas autorisé à accéder à toutes leurs demandes. Par ailleurs, Durant remarque les progrès réalisés sur le chantier depuis que Cullen y travaille...

Cullen et Chang arrivent à Truckee, accompagnés par leurs nouvelles recrues et le nécessaire pour organiser une fête. A cette occasion, Cullen informe Chang que, désormais, Tao s'occupera de la paye. Pendant ce temps, Louise demande à Eva de l'aider à avorter et Maggie Palmer s'en prend à Durant qui a déclaré vouloir faire de Laramie le noeud du réseau. Face à son insistance, il accepte de le déplacer à Cheyenne.

Mei souhaite enterrer Tao en Chine. Elle entame le voyage vers leur pays natal en compagnie de Cullen. Un retard de leur train les pousse à emprunter un autre itinéraire, qui s'avère risqué. Young arrive à Laramie, exigeant d'être payé pour son rôle dans le recrutement des Mormons. Louise cherche à l'interroger au sujet de la ville choisie pour être le noeud du réseau ferré...

Le Président des Etats-Unis, Grant, vient prendre la mesure de l'avancée des travaux. Il retrouve les représentants des compagnies à Salt Lake City. Cullen promet à Young de le soutenir dans son choix s'il lui dit où se trouve sa famille. Parallèlement, le Suédois cherche aussi à rencontrer Young, mais ses motivations ne sont pas très claires...

Le passé du Suédois continue de le hanter : il se souvient comment, au cours de sa détention dans une prison confédérée, pendant la guerre de Sécession, il a tué de sang-froid un de ses amis. Parvenu à la ferme des Hatch, il abat le père et la soeur de Naomi avant d'enlever la jeune femme et son enfant. Mais Cullen est sur les talons du Suédois, bien décidé à le mettre hors d'état de nuire. Entre les deux hommes débute un affrontement définitif...

Cullen constate que son absence prolongée a distendu les liens qui l'unissaient à Naomi. Cette dernière souhaite refaire sa vie avec Isaac, qui veut s'installer à Zion et s'y marier. Pendant ce temps, les habitants de Laramie sont mécontents d'apprendre que la grande gare sera installée à Cheyenne. Pour les calmer, Thomas Durant propose de racheter leurs terrains au-dessus du prix du marché...

La construction du chemin de fer est en bonne voie. Pour accélérer le mouvement, Cullen décide d'utiliser de la nitroglycérine. Il s'agit de faire sauter un trou dans la montagne. L'expérience suscite de nombreux remous à Truckee...

Chang découvre le secret de Mei. En réaction, il cherche à la forcer à fuir Truckee. De son côté, Cullen poursuit ses recherches et parvient à de nouvelles avancées tout en exorcisant ses vieux démons...

La bataille entamée pour achever la jonction des deux lignes de chemin de fer touche à sa fin. Cullen doit maintenir ses troupes au travail, mais les difficultés s'accumulent. Alors que ses ouvriers manquent à l'appel, pourra-t-il terminer le premier ?...

Le clou en or, les audiences gouvernementales et des actions imprévisibles signifient de nouveaux débuts et de nouvelles fins pour les survivants.