La historia se inicia dos meses después del incidente en La Mansión de Lord Spencer. En Raccoon City, nadie cree en Jill Valentine, Chris Redfield ni en Barry Burton. Hartos de tratar de hacerle entender a Brian Irons, el jefe de la policía, que Umbrella estaba detrás del incidente de la mansión y de una oscura conspiración, Chris, Barry y Rebecca deciden viajar a la central de Umbrella en Europa para seguir investigando a la corporación desde más cerca. Jill planea seguirlos pocas semanas después, pero cuando decide irse de la ciudad, en esa misma tarde el T-Virus termina por envolver a la ciudad transformando a todos en zombis. En pocas horas, todo es un caos, el departamento de policía no está preparado para una situación como esta y también sucumbe ante las criaturas.
Jill intenta escapar usando la fuerza bruta frente a los zombis, pero el peligro aumenta al encontrarse con Brad Vickers, otro de sus compañeros de S.T.A.R.S. y el único que queda vivo en la ciudad aparte de ella. El le advierte que algo los esta persiguiendo.
Poco después, Jill consigue llegar hasta la comisaría en busca de alguien que pueda ayudarla, pero Brad aparece y es asesinado por una bestia sanguinaria creada por la despiadada corporacion Umbrella: la criatura Némesis [lo golpea y le revienta brutalmente la cabeza haciendola estallar reventadosela con un tentaculo que lo atraviesa sin piedad] quien intenta acabar con Jill que consigue escapar por poco del monstruo.
Ya dentro de la comisaría, en su vieja sala de S.T.A.R.S., Jill escucha un mensaje de auxilio en la vieja radio que usaban para comunicaciones.
Decidida a encontrar al superviviente, Jill escapa de allí perseguida por Némesis al que consigue perder por muy poco, y se dirige hacia el sur de la ciudad.
No tarda en encontrar a un muchacho con aspecto de mercenario recostado llamado Carlos Oliveira [en el juego, dependiendo de algunas cosas, Carlos aparecerá en el bar o en el diario], por suerte el chico no está infectado, pero Némesis aparecerá y no dará tiempo para presentaciones y los atacará. Carlos consigue detenerlo temporalmente con la ayuda de Jill. Este le explica que él, junto a dos compañeros más que han sobrevivido, planean escapar de la ciudad usando un tren que lleva a la Torre Del Reloj donde los recogería un helicóptero. Jill no duda en unírseles, y conoce a los otros dos compañeros de Carlos que han sobrevivido: Mikhail Viktor y Nicholai Gianovaef.
El primero parece estar en grave estado y el segundo desconfía de Jill, pero al final acepta que se vaya con ellos.
Por desgracia, faltan partes para arrancar el tren y Jill parte en su búsqueda junto con Nicholai, que desaparece.
Despues de eso, Jill regresa con todo y lista para irse, pero Nicholai no da señales de vida. Suponiendo que los zombis, o Némesis, le han alcanzado y por lo tanto devorado vivo, decapitado, rebentado o asesinado, Carlos decide irse sin esperarlo.
Poco después, Némesis irrumpiría en el tren donde Mikhail se sacrificara para que Jill y Carlos puedan escapar del monstruo.
Mikhail arroja una granada al monstruo, que hace estallar el vagón donde se encontraban, por lo tanto el vagón donde estaban Jill y Carlos descarrila y se estrella contra un edificio cercano a la Torre del Reloj.
Jill consigue hacer sonar la campana de la torre, pero Némesis aparece de nuevo, haciendo volar el helicóptero con una bazooka.
Esta vez consigue herir a Jill de gravedad asestandole un golpe brutal atravesandola con su tentaculo, casi arrancandole el hombro, infectándola del temido T-Virus .Carlos consigue espantarlo, haciéndole bastante daño.
Carlos ahora debe buscar una cura para Jill en el hospital cercano, pero cuando se hace con el antidoto, debe huir corriendo de allí porque el hospital tiene una bomba que estalla pocos segundos después de que Carlos consiga salir.
Jill ha quedado en la iglesia cercana al hospital, el único lugar seguro, aparentemente, de la zona.
Némesis se lanza al ataque de nuevo enfrentándose a Carlos, pero esta vez Némesis lleva las de ganar. Algo ha hecho mutar al monstruo y ahora sus tentáculos están sueltos, habiendo desgarrado su ropa, ahora se muestra más ágil, más fuerte, más biónico.
Carlos consigue darle la cura a Jill justo a tiempo, esta evade a Némesis y huye hacia la fábrica abandonada en las afueras de Raccoon City, que en realidad es una fábrica de la maléfica corporacion Umbrella camuflada, pero antes pasa por el parque de la ciudad, donde la empieza a devorar un hunter-gamma, pero Carlos la salva a solo 1 segundo de morir cocida y achicharrada por los jugos gastricos del animal.
Jill explora a fondo la fábrica y se encuentra con Nicholai, quien pretende asesinarla, pero Némesis llega y lo destroza, destripandolo vivo, y haciendo estallar su cuerpo a golpes de manera sangrienta. Jill encuentra los restos mortales del individuo, colgados satánicamente de una barandilla, chorreando sangre. [Depende del transcurso del juego. Este personaje puede morir de manera distinta. Lo asesina Jill con el lanza misiles, en la zona donde encuentra el radar que indica cuanto tiempo queda para que llegue la bomba a Raccoon City]. Jill tiene un último enfrentamiento con NEMESIS tal y como lo conocemos. Donde hasta le arranca la cabeza. Su cuerpo cae destrozado por un basurero biónico.
Carlos aparece poco después, diciéndole que no hay tiempo para nada: van a volar a Raccoon City en el amanecer, y para eso solo faltan tres horas. Rapido parte buscando la salida, y su libertad.
Jill se queda encerrada en una extraña habitación repleta de soldados de las fuerzas especiales de los EE. UU. muertos, donde también hay un cadáver de un Tyrant (RE 1/2) y un generador. Jill, al ver que la única salida que hay es activar este, pulsa 1 de los tres generadores que hay. Pero, algo pasa, un extraño ser cae del techo. Es Nemesis, sus desechos bio-orgánicos se alimentan del Tyrant muerto ante la mirada atónita de Jill. Una vez saciada su hambre, el ser muta convirtiéndose en un enemigo feroz y astuto. Lleno de fuerza y con una dimensión jamás vista en RE 3.
Jill debe pulsar el resto de botones para activar el generador. No tiene tiempo, la bomba está llegando a Raccoon City y el monstruo la acecha para destrozar por completo su cuerpo disfrutando así de una venganza por todos los enfrentamientos perdidos en el juego. Como puede, Jill pulsa los botones y el generador comienza a funcionar. Este lanzará una descarga para exterminar al feroz Nemesis pero para ello, este ya debe estar bien debilitado y debe situarse justo frente al cañon laser. El generador carga y lanza su potente rayo. Destroza una parte del monstruo. Pero sigue vivo. El generador tiene que volver a cargar mientras la cuenta atrás para la explosión sigue. Lanza el rayo por segunda vez y extermina por completo al temido Nemesis, que queda reducido a un despojo biónico. La salida se desbloquea y Jill puede escapar. Pero, algo pasa, el monstruo sigue vivo, la pesadilla aún no ha terminado. Jill ya no tiene miedo, y tras esquivar un ataque del monstruo, recoje una magnun perdida en la mano de un cadáver. Dispara valientemente contra Nemesis que gime y se retuerze de dolor. Mirando fijamente y pronunciando: Querías STARS, yo te daré STARS. Jill dispara, dando por fin una sanguinaria, brutal, dolorosa y humillante muerte al arma biologica, Nemesis.
A la salida, Carlos y un helicóptero la esperan, para poner fin a la pesadilla. Al escapar en el helicoptero, este recibe la onda espansiva de la bomba, que casi rompe el cuello de Jill brutalmente. Pero todo queda en el susto. Segun el desarrollo, existen 3 diferentes finales, uno donde:
* Nicholai vive y Barry salva a Jill y Carlos.
* Nicholai muere asesinado por nuestras propias manos, Jill no duda en hacerlo explotar en el helicoptero donde intenta escapar, teniendo así una muerte trágica, dolorosa, humillante y muy sangrienta y Barry salva igualmente a Jill y Carlos.
* Nicholai muere a manos de Nemesis, que le destripa y le rebienta la cabeza brutalmente golpeandolo repetidas veces contra el suelo y Carlos salva a Jill.
El final es que Jill consigue escapar al fin del infierno de Raccoon City sana y salva. Mientras el helicóptero escapa, la bomba llega a Raccoon City. Es el fin. La ciudad es brutalmente arrasada. Pero, los pobres ciudadanos de Raccoon City, que sin tener culpa de lo sucedido por la maldad de la Corporación Umbrella, tendrán para siempre un hueco en nuestros corazones...
En otras versiones hay 8 posibles finales: (Son epílogos incluidos para así informarlos más o menos de como va la vida de los personajes, haciendo incapie en posibles continuaciones de la saga.)
* A Chris Redfield se le ve sentado en la terraza de un bar, una chica rubia pasa a su lado y él piensa que debe ser de la misma edad de su hermana.
* A Barry Burton se le ve abrazando a su hija, su mujer está detrás, casi llorando y se dice que tiene que compensar a sus amigos por haberle perdonado su traición.
* Un final sorprendente, es el de Ada Wong, se toca una cicatriz y se explica que la persona que se solía hacer llamar Ada Wong, tiene otro encargo.
* A Leon se le ve discutir con alguien que supuestamente es del gobierno y le ofrece un trato (Véase Resident Evil 4)
* A Sherry Birkin, se la ve sentada en una ventana esperando a que Claire o Leon (no se especifica quién se lo dijo) vuelva a por ella.
* A Jill se la ve en el apartamento de Chris, hay unas vendas, manchas de sangre y el cuchillo de Chris clavado en el suelo, se explica que ella se da cuenta de que Chris ha huido y huye ella también.
* A Hunk (alias "Muerte" o "Señor Muerte") está sentado en helicóptero mientras el piloto le dice que es siempre el único en sobrevivir y él sin contestar, piensa que no puede morir.
* A Claire, se la ve dejando a Leon y a Sherry porque Leon le pide que siga buscando a su hermano y les deje, pese a que Leon está herido, se explica además que durante esa búsqueda, la capturan.