Dipper, Mabel, Soos e Wendy tornano alla Baracca del Mistero per trovare Stan, una manciata di abitanti della città e diverse creature paranormali con cui hanno fatto amicizia e che hanno incontrato, che si rifugiano lì. Dopo essere sfuggito a uno dei pipistrelli oculari di Bill, Stan dice alla banda che il pelo di unicorno con cui Ford ha rivestito la base della Baracca li protegge dai poteri di Bill. Stan crede che dovrebbero aspettare, ma gli altri accettano di organizzare una missione di salvataggio dopo aver scoperto che gli abitanti della città sono stati pietrificati dai pipistrelli oculari e impilati in un trono di fortuna per Bill. Il vecchio McGucket guida i sopravvissuti a trasformare la Baracca in un mech gigante. Viaggiano verso la base operativa di Bill e sconfiggono prontamente i suoi scagnozzi. Bill stesso esce per combattere, ma il suo occhio viene strappato dalla sua cavità dal mech, accecandolo temporaneamente.
Dipper e Mabel guidano un piccolo gruppo a bordo della base di Bill. Smontano il trono di Bill, ripristinando i cittadini pietrificati. Ford dipinge con lo spray una ruota dello Zodiaco sul terreno, avendo visto l’immagine descritta come un mezzo per sconfiggere Bill. La ruota richiede che dieci persone specifiche, indicate da simboli su di essa di cui Ford ha dedotto solo recentemente il significato, vi stiano sopra e si tengano per mano in un anello. Stan si rifiuta di partecipare finché Ford non si scusa per aver inavvertitamente permesso a Bill di raggiungere il suo obiettivo e lo ringrazia per averlo salvato. Ford lo fa con riluttanza, ma mentre Stan si unisce alla ruota, Ford corregge la grammatica di Stan sottovoce, e Stan e Ford si azzuffano. Prima che possano essere separati, Bill appare, dopo aver rigenerato il suo occhio e distrutto il mech.
Bill brucia lo Zodiac, mette al sicuro la famiglia Pines, e trasforma gli altri in arazzi per impedire loro di interferire. Bill minaccia di uccidere Dipper e Mabel a meno che Ford non gli permetta di entrare nella sua mente per scoprire come fuggire da Gravity Falls. Dipper e Mabel riescono a fuggire, con Bill all’inseguimento. Rimasti soli, Stan e Ford hanno un discorso a cuore aperto. Anche se c’è un modo per sconfiggere Bill cancellandolo dalla mente di qualcuno usando la pistola della memoria, Ford crede che l’unico modo per salvare i bambini sia permettere a Bill di entrare nella sua mente, dato che i suoi ricordi non possono essere cancellati a causa di una placca di metallo nella sua testa.
Dipper e Mabel portano Bill in un inseguimento intorno alla sua base ma alla fine vengono catturati. Bill li riporta nella sala del trono e minaccia di uccidere uno di loro. Ford accetta di permettere a Bill di entrare nella sua mente. Bill lascia il suo corpo fisico, che si pietrifica, ed entra nella mente di Ford, che appare come un vuoto con una sola porta. Bill entra nella porta e rimane scioccato nel trovarsi accolto dall’io mentale di Stan, che rivela che lui e Ford si sono scambiati di posto per ingannare Bill ad entrare in una mente suscettibile agli effetti della pistola della memoria, ed esprime la sua volontà di sacrificare i suoi ricordi per salvare il mondo e la sua famiglia. Nel mondo reale, Ford spara con riluttanza la pistola dei ricordi a Stan. Bill inizia a indebolirsi e viene poi colpito dall’io mentale di Stan, distruggendolo mentre il resto dell’io mentale di Stan viene cancellato dagli effetti della pistola della memoria. In seguito alla morte di Bill, la porta della sua dimensione inizia a chiudersi, attirando i suoi scagnozzi e la sua base. Una volta chiuso, la città torna al suo stato pre-Weirdmageddon. La famiglia di Stan e Soos lo riportano alla quasi distrutta Baracca del Mistero, sperando che la vista dell’edificio gli faccia tornare la memoria. Mabel trova il suo album e mostra a Stan tutto il divertimento che hanno avuto durante l’estate, riportando lentamente i ricordi di Stan.
Nella settimana successiva, gli abitanti della città hanno a che fare con i rimanenti fenomeni soprannaturali mentre il sindaco approva la legge “Never Mind All That Act” per alleviare le loro preoccupazioni; la famiglia Northwest va in bancarotta e perde la loro villa, spingendo McGucket a trasferirsi; e Gideon Gleeful promette di comportarsi più come un cittadino normale. Molti abitanti della città si uniscono agli amici di Dipper e Mabel per festeggiare il tredicesimo compleanno dei gemelli alla Baracca. Ford si offre di navigare intorno al mondo per un anno con Stan, un sogno che avevano insieme da ragazzi, ma Stan dichiara che dovrebbe chiudere la Baracca, cosa che delude gli abitanti della città perché attira i turisti nella loro città. Stan allora nomina felicemente Soos come nuovo manager della Baracca.
Più tardi, Stan, Ford, Soos, Wendy, Candy e Grenda salutano Dipper e Mabel quando il loro autobus per casa si ferma. Wendy scambia i cappelli con Dipper e gli dà una busta da aprire durante il viaggio verso casa. L’autobus si allontana mentre il gruppo saluta. Mentre i gemelli ripensano al loro tempo a Gravity Falls, i flash forward mostrano Soos che gestisce con successo la Baracca con la sua ragazza Melody, così come Stan e Ford in mare. Quando l’autobus passa i limiti della città, Dipper apre la lettera di Wendy per trovare le firme dei loro amici e prozii, promettendo di vederli la prossima estate.
I titoli di coda dello show includono un montaggio dell’estate dei gemelli e del loro eventuale arrivo a Piedmont, California. In una scena live-action post-credits, si vede il corpo di pietra di Bill, parzialmente sommerso nel terreno nel bosco.
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