Dipper, Mabel, Soos en Wendy keren terug naar de Mystery Shack en vinden daar Stan, een handvol inwoners van de stad en een aantal paranormale wezens waarmee ze bevriend zijn geraakt en die ze hebben ontmoet, onderdak. Nadat hij ontsnapt is aan een van Bills oogvleermuizen, vertelt Stan de bende dat het eenhoornhaar waarmee Ford de basis van de Shack heeft bekleed, hen beschermt tegen Bills krachten. Stan vindt dat ze moeten afwachten, maar de anderen gaan akkoord om een reddingsmissie op te zetten nadat ze hebben ontdekt dat de dorpelingen worden versteend door de oogvleermuizen en opeengestapeld tot een geïmproviseerde troon voor Bill. Old Man McGucket leidt de overlevenden in het veranderen van de Shack in een gigantische mech. Ze reizen naar Bills uitvalsbasis en verslaan met gemak zijn volgelingen. Bill zelf komt naar buiten om te vechten, maar zijn oog wordt uit de kom gerukt door de mech, waardoor hij tijdelijk blind is.
Dipper en Mabel leiden een kleine groep aan boord van Bill’s basis. Ze halen Bills troon uit elkaar en herstellen de versteende burgers. Ford spuit een Zodiac wiel op de grond, nadat hij het beeld beschreven heeft gezien als een middel om Bill te verslaan. Het wiel vereist dat tien specifieke mensen, aangegeven door symbolen op het wiel waarvan Ford pas onlangs de betekenis had afgeleid, erop gaan staan en elkaars handen vasthouden in een ring. Stan weigert mee te doen totdat Ford zich verontschuldigt voor het feit dat hij Bill per ongeluk zijn doel heeft laten bereiken en hem bedankt voor zijn redding. Ford doet dat met tegenzin, maar als Stan in het wiel gaat zitten, corrigeert Ford Stan’s grammatica onder zijn adem, en Stan en Ford krijgen ruzie. Voordat ze uit elkaar kunnen worden gehaald, verschijnt Bill, die zijn oog heeft geregenereerd en de mech heeft vernietigd.
Bill verbrandt de Zodiac, stelt de familie Pines veilig, en verandert de anderen in tapijten om te voorkomen dat ze zich ermee bemoeien. Bill dreigt Dipper en Mabel te doden tenzij Ford hem in zijn geest laat om uit te vinden hoe hij uit Gravity Falls kan ontsnappen. Dipper en Mabel weten te ontsnappen, met Bill in de achtervolging. Nu Stan en Ford alleen zijn, hebben ze een hartig gesprek. Hoewel er een manier is om Bill te verslaan door hem uit iemands geest te wissen met behulp van het geheugenpistool, gelooft Ford dat de enige manier om de kinderen te redden is om Bill in zijn geest toe te laten, aangezien zijn eigen herinneringen niet kunnen worden gewist vanwege een metalen plaat in zijn hoofd.
Dipper en Mabel leiden Bill in een achtervolging rond zijn basis, maar worden uiteindelijk gepakt. Bill brengt ze terug naar de troonzaal en dreigt een van hen te doden. Ford stemt toe om Bill in zijn geest toe te laten. Bill verlaat zijn fysieke lichaam, dat versteent, en gaat Ford’s gedachtenwereld binnen, die verschijnt als een lege leegte met een enkele deur. Bill gaat de deur binnen en wordt geschokt begroet door Stan’s geestesgestalte zelf, die onthult dat hij en Ford van plaats verwisseld zijn om Bill in een geest te lokken die gevoelig is voor de effecten van het geheugenkanon, en zijn bereidheid uitspreekt om zijn herinneringen op te offeren om de wereld en zijn familie te redden. In de echte wereld vuurt Ford met tegenzin het geheugenpistool op Stan af. Bill begint te verzwakken en wordt dan geslagen door Stan’s geestesgestalte zelf, waardoor hij wordt vernietigd terwijl de rest van Stan’s geestesgestalte wordt gewist door de effecten van het geheugenpistool. Na Bills dood begint de poort naar zijn dimensie te sluiten, waardoor zijn volgelingen en basis worden aangetrokken. Eenmaal gesloten, wordt de stad teruggebracht naar de staat van voor de Wirdmageddon. Stan’s familie en Soos brengen hem terug naar de bijna verwoeste Mystery Shack, in de hoop dat de aanblik van het gebouw zijn herinneringen terug zal brengen. Mabel vindt haar plakboek en laat Stan alle lol zien die ze in de zomer hadden, waardoor Stan’s herinneringen langzaam terugkomen.
In de volgende week krijgen de stedelingen te maken met resterende bovennatuurlijke verschijnselen als de burgemeester de “Never Mind All That Act” aanneemt om hun zorgen te verlichten; de Northwest familie gaat failliet en verliest hun herenhuis, wat McGucket ertoe aanzet in te trekken; en Gideon Gleeful belooft om zich meer als een normale burger te gedragen. Veel van de dorpelingen vieren samen met de vrienden van Dipper en Mabel de 13e verjaardag van de tweeling in de Shack. Ford biedt aan om met Stan een jaar rond de wereld te zeilen, een droom die ze als jongens samen hadden, maar Stan zegt dat hij dan de Shack moet sluiten, wat de dorpsbewoners teleurstelt, omdat de Shack toeristen naar hun stad trekt. Stan benoemt Soos dan gelukkig tot de nieuwe manager van de Shack.
Later, Stan, Ford, Soos, Wendy, Candy en Grenda zwaaien allen Dipper en Mabel uit als hun bus naar huis stopt. Wendy ruilt van hoed met Dipper en geeft hem een enveloppe om te openen tijdens de rit naar huis. De bus rijdt weg en de groep zwaait gedag. Terwijl de tweeling terugdenkt aan hun tijd in Gravity Falls, zien we in flash-vooruitblikken hoe Soos succesvol de Shack runt met zijn vriendin Melody, en hoe Stan en Ford op zee zijn. Wanneer de bus de grenzen van de stad passeert, opent Dipper Wendy’s brief om de handtekeningen van hun vrienden en oudooms te vinden, met de belofte hen de volgende zomer te zien.
De aftiteling van de show bevat een montage van de zomer van de tweeling en de uiteindelijke aankomst in Piedmont, Californië. In een live-action post-credits scène, is het stenen lichaam van Bill te zien, gedeeltelijk ondergedompeld in de grond in het bos.