Nell'anno 200X il Dr. Wily sostiene di essersi ravveduto per il suo comportamento passato e inizia così a collaborare col Dr. Light (in questo gioco chiamato erroneamente Dr. Right) in un progetto per la costruzione di un androide che mantenga la pace nel mondo, il suo nome sarà Gamma. Nel frattempo gli 8 Robot Masters progettati dai 2 scienziati per mantenere la pace impazziscono e vanno fuori controllo scappando con gli 8 cristalli. Ancora una volta Mega Man è chiamato in azione per recuperare i cristalli che si trovano su diversi pianeti minerari, affiancato da un nuovo compagno canino dal nome Rush parte alla caccia degli androidi dissidenti.

Proto Man (DRN-000; conosciuto come Blues in Giappone), la prima creazione del Dr. Light, è ritornato dopo un anno passato ad allenarsi nell'intento di battere Mega Man e così lo sfida durante alcune missioni, uscendo sconfitto, deciderà di aprire la strada al suo rivale. Proto Man nascondera la propria identità dietro allo pseudonimo di Break Man fino al castello del Dr. Wily.

Sconfitti gli 8 Robot Masters, appaiono 4 nuovi livelli, che sono le versioni molto più difficili di quelli che hanno sostituito, ad esempio la seconda versione del livello di Spark Man è caratterizzata da una discesa nel vuoto in mezzo a delle mine acuminate che, in caso fossero toccate, eliminerebbero all'istante Mega Man. In questi livelli il protagonista si trova ad affrontare dei nuovi androidi chiamati Doc Robots (uno a metà livello ed uno alla fine) che hanno assorbito le abilità dei Robot Masters di Mega Man 2.

Dopo le vittorie sui Robot Masters, Mega Man, viene sfidato in duello da Break Man che si rivela essere Proto Man. Superato anche questo ostacolo e teletrasportatosi in laboratorio Mega Man viene a conoscenza dal Dr. Light che il Dr. Wily si è impossessato dell'androide Gamma e che quindi bisogna intervenire prima che esso venga attivato. Giunto nella nuova fortezza costruita dal malvagio scienziato e superate altre dure battaglie (tra cui una con alcuni suoi cloni) Mega Man si trova dinnanzi a Gamma controllato dal Dr. Wily. Sconfitto l'androide dopo una durissima battaglia la fortezza comincia a destabilizzarsi e parte del soffitto crolla su Mega Man e sul Dr. Wily, Proto Man giunto sul posto riesce a salvare Mega Man mentre per il Dr. Wily non sembra esserci più nulla da fare.

Al suo risveglio Mega Man si ritrova nel laboratorio del Dr. Light che spiega all'androide di averlo trovato disteso al suolo mentre entrava nel locale, mentre il Dr. Light cerca capire chi possa averlo trasportato fin li un fischietto risuona nell'aria togliendo ogni dubbio sull'identità del loro benefattore. Sembra che dopo tutto Proto Man non sia malvagio.

Il Dr. Light conduce così Mega Man al suo tavolo di laboratorio dove gli mostra un notebook pieno dei progetti per la costruzione di Proto Man, il prototipo dell'androide finale, che può essere considerato il fratello di Mega Man. Oltre a questi disegni ve ne sono anche altri appartenenti a Roll e Gutsman personaggi che appariranno successivamente nella serie.