В основу сюжета положена борьба четырёх человек (так называемых Выживших) против заражённых неизвестным вирусом людей (соответственно, Заражённых), которыми в результате эпидемии стала большая часть населения США, а возможно, и вся планета.

Игра состоит из шести кампаний, связанных между собой общей сюжетной линией. События протекают в южной части США, игра начинается в городе Саванна и заканчивается в Новом Орлеане.

Каждая кампания состоит из нескольких уровней, которые должны пройти Выжившие, чтобы добраться до спасательного транспорта для эвакуации из заражённой зоны. Уровни связаны между собой «безопасными комнатами» (англ. Safe Room), «убежищами». Как только Выжившие заберутся внутрь комнаты и запрут дверь, игра закончится, а следующий уровень начнётся в этой же комнате, но с надежно запертым старым выходом и доступным новым. Такие комнаты содержат оружие, боеприпасы и аптечки. Прохождение кампании осуществляется четырьмя персонажами, каждым из которых управляет человек или бот. Единственное изменение этого режима по сравнению с первой частью заключается в изменении «панических событий» (англ. Panic Event), во время которых нападают орды Заражённых. Теперь на некоторых уровнях группы инфицированных нападают до тех пор, пока Выжившие не выполнят определённые действия (принесут ящик колы владельцу магазина, отключат сигнализацию), которые устранят причину появления новых Заражённых.

Названия кампаний:
Dead Center (русск. Вымерший Центр)
Слоган — Prices Aren’t the Only Things Getting Slashed (русск. Срезаются не только цены).
1: Hotel (русск. Отель)
2: Streets (русск. Улицы)
3: Mall (русск. Торговый центр)
4: Atrium Finale (русск. Атриум)

Действие первой кампании начинается в городе Саванна (штат Джорджия), на крыше отеля — покинутой эвакуационной точке. Вертолёт спасателей улетает прежде, чем Выжившие успевают добраться до него, и им ничего не остаётся, как искать другой путь к спасению. Посовещавшись, они отправляются в поисках транспорта к торговому центру, откуда уезжают на гоночной машине Джимми Гиббса Младшего (вымышленного гонщика на серийных автомобилях).
The Passing (русск. Переход)
Слоган — Nobody Survives Forever (русск. Никто не может выживать вечно).
1: The Riverbank (русск. Берег реки)
2: The Underground (русск. Подземелье)
3: The Port (русск. Порт)

Действие второй кампании начинается перед вертикально поднятым мостом, из-за которого Выжившие не могут продолжить свой путь. Один из персонажей Left 4 Dead объясняет главным героям, что мост можно опустить с помощью подъёмного механизма, который находится на другой стороне моста. Пройдя по канализации, Выжившие добираются до дизельного генератора, который подаёт питание на мост, но тот оказывается пустым. Под прикрытием персонажей из Left 4 Dead они заправляют его горючим, опускают мост и продолжают свой путь на машине Джимми Гиббса Младшего.
Dark Carnival (русск. Мрачный Карнавал)
Слоган — You must be this tall… To DIE! (русск. Вы должны быть не ниже указанного роста... ЧТОБЫ УМЕРЕТЬ!)
1: Highway (русск. Автострада)
2: Fairground (русск. Базарная площадь)
3: Coaster (русск. Американские горки)
4: Barns (русск. Сараи)
5: Concert (русск. Концерт)

Действие третьей кампании начинается на шоссе, где из-за пробки, наполненной брошенными машинами, Выжившим приходится оставить свой автомобиль. Пройдя парк развлечений «Whispering Oaks» (русск. Шепчущие дубы), они добираются до сцены, где должна была выступать с концертом группа «Полуночные всадники» (англ. Midnight Riders). Включив фонограмму их выступления, Выжившие привлекают внимание вертолёта спасателей, который их забирает.

Swamp Fever (русск. Болотная Лихорадка)
Слоган — The Only Cure is Dying (русск. Единственное лекарство — это смерть).
1: Plank Country (русск. Дощатые задворки)
2: Swamp (русск. Болото)
3: Shanty Town (русск. Трущобы)
4: Plantation (русск. Плантация)

Действие кампании начинается в болотистой местности. Из разговоров становится ясно, что пилот вертолёта был заражён, и Нику пришлось его застрелить. Выжившие отправляются к ближайшей плантации, где по рации связываются с паромщиком Вирджилом (англ. Virgil). Тот, определив их расположение, быстро приезжает и увозит оттуда героев.
Hard Rain (русск. Жуткий Ливень)
Слоган — Come Hell and Hight Water (русск. Грядёт ад, и наводнение).
1: Milltown (русск. Городишко при Заводе)
2: Sugar Mill (русск. Сахарный завод)
3: Mill Escape (русск. Побег с Завода)
4: Return to Town (русск. Возвращение в Город)
5: Town Escape Finale (русск. Побег из Города)

У лодки, на которой уехали Выжившие, заканчивается горючее. Они останавливаются в прибрежном городе Дукател (штат Миссисипи), чтобы принести горючее с ближайшей заправочной станции. Эта станция оказывается пустой, и Выжившие отправляются к следующей заправке «Ducatel Diesel». Когда они туда добираются, начинается сильный ливень, который приводит к потопу. Вернувшись обратно с топливом, Выжившие вызывают Вирджила и уплывают с ним на лодке.
The Parish (русск. Приход)
Слоган — This Time it All Goes South (русск. В это время все стремятся на юг).
1: Waterfront (русск. Берег)
2: The Park (русск. Парк)
3: Cemetery (русск. Кладбище)
4: Quarter (русск. Квартал)
5: Bridge (русск. Мост)

Действие кампании проходит на улицах Нового Орлеана. Попрощавшись с Вирджилом, который поехал спасать других, Выжившие отправляются к пункту эвакуации, организованному военными. Пробравшись сквозь город и полуразрушенный мост, Выжившие улетают на военном вертолёте.

Разработчики поместили в игру несколько пасхальных яиц:
На первом уровне кампании «Болотная Лихорадка» можно найти подвешенный труп Громилы, его большая рука и ноги образуют греческую букву «λ» — логотип серии игр «Half-Life» от той же компании (Valve).
На втором уровне кампании «Мрачный Карнавал» есть тир, набрав в котором 750 очков стрельбой по мишеням можно получить сувенир — скульптуру садового гнома из Half-Life 2: Episode Two. Донеся его в руках до конца кампании, игрок и его команда получают достижение «Спасаем гнома» (англ. Guardin' gnome). Этого гнома также можно заметить на постере «Мрачного Карнавала», он прячется за ногой Эллиса.
На первых картах кампаний «Болотная лихорадка» и «Приход», а также на второй карте «Перехода» в барах можно найти старомодный пластиночный музыкальный аппарат. На нём доступно для проигрывания 5 песен (в «Переходе» — 6), одна из которых секретная. Шанс проигрывания этой песни составляет всего 5%. Эта песня «Still Alive» из игры Portal от того же разработчика, Valve.
Когда в песне «Your Brains», включённой в музыкальном автомате, будет идти строчка «All we want to do is eat your brains» (русск. Всё, что мы хотим — съесть твой мозг), каждый раз будет появляться орда зомби.
В кампании «Приход» можно найти «будку», заставленную офисными принадлежностями. Их модели взяты из популярной карты «cs_office» другой игры Valve — Counter-Strike.
На загрузочных экранах кампаний «Вымерший Центр», «Мрачный Карнавал», «Жуткий Ливень» и «Приход» можно увидеть фрагменты старых плакатов из Left 4 Dead, которые спрятаны за новыми:
Вымерший Центр — слева от постера чуть ниже листовки CEDA можно заметить жёлтые буквы «AIR» из постера кампании «Смерть в воздухе»;
Мрачный Карнавал — в правом верхнем углу виден кусок неба с постера кампании «Кровавая жатва»;
Жуткий Ливень — в верхнем левом углу виден кусок постера из кампании «Похоронный звон» с фрагментом Билла;
Приход — в верхнем левом углу можно увидеть ногу Билла, предположительно это фрагмент постера карты «Последний рубеж».
В кампании «Жуткий Ливень» в убежище, где Выжившие находят канистры с топливом, на стенах можно найти надписи, оставленные Четом и Эриком. Чет Фэлизек (англ. Chet Faliszek) и Эрик Волпау (англ. Erik Wolpaw) — сценаристы Valve.