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Schließlich erreicht die ''Enterprise'' diese Wolke und fliegt in diese hinein. In der Wolken Wolke befindet sich ein gigantisches Schiff. Das Schiff scannt die ''Enterprise'' und Lieutenant [[Ilia]] wird von diesen Strahlen erfasst und verschwindet darauf. Wenig später erscheint ein Androide von Ilia auf der ''Enterprise''. McCoy untersucht den Androiden und stellt fest, dass der Androide ein perfektes Duplikat von Ilia ist. Die [[Ilia-Sonde]] erklärt, dass sie im Auftrag von [[V'Ger]] an Bord der ''Enterprise'' gekommen ist. Spock stiehlt inzwischen einen [[Raumanzug]], um damit in Kontakt mit V'Ger treten zu können. Dabei erfährt Spock, dass V'Ger eine gigantische Maschine ist. V'Ger will mit seinem Schöpfer Kontakt auf der Erde aufnehmen, doch der Schöpfer antwortet nicht. Darauf will V'Ger alles Biologisches Leben auf der Erde vernichten.

Wenig später begleitet McCoy Kirk bei einer Trainingsmission an Bord der ''Enterprise''. Während des Fluges erhält die ''Enterprise'' einen Notruf von der Raumstation [[Regula I]]. Kirk übernimmt als ranghöchster Offizier das Kommando über die ''Enterprise'' und geht diesem Notruf nach. Auf dem Weg dorthin trifft die ''Enterprise'' auf die [[USS Reliant|USS ''Reliant'']], welche von Khan Noonien Singh übernommen wurde, nach dem er von Ceti Alpha V entkommen ist. Die ''Reliant'' greift die ''Enterprise'' an. Khan will seine Rache an Kirk ausüben, weil dieser ihn auf den dem Planeten ausgesetzt hat. Die ''Enterprise'' wird bei diesem Kampf schwer beschädigt und McCoy muss sich um die vielen Verletzten kümmern, von denen er nicht alle retten kann. Kirk gelingt es zur selben Zeit Khan zu überlisten und die ''Enterprise'' fliegt schwer beschädigt nach Regula I.

Kirk beamt mit McCoy und [[Saavik]] auf die Raumstation, allerdings worden wurden dort alle Wissenschaftler von Khan ermordet, da dieser an die Daten für das [[Genesis-Projekt]] und das [[Genesis-Projektil]] als Waffe haben gelangen will. Als einzige Überlebende findet das Außenteam Chekov und Captain [[Clark Terrell]] vor. Diese berichten dem Außenteam von den Gräueltaten, welche Khan an den Wissenschaftlern begangen hat. Kirk entdeckt im Transporter der Station Koordinaten auf den dem Planetoiden [[Regula I]] und beamen beamt dort hin. Das Außenteam trifft dort auf die Wissenschaftler [[Carol Marcus]] und ihren Sohn [[David Marcus|David]]. Allerdings stellt sich heraus, dass Chekov und Terrell unter dem Einfluss von Khan stehen und diese fordern nun das Genesis-Projektil. Doch bevor die beiden ihre Tat vollenden , werden diese wahnsinnig. Terrell begeht Selbstmord, während McCoy Chekov noch rechtzeitig behandeln kann und dabei stellt dieser fest, dass aufgrund eines [[Ceti-Aal]]s Chekov unter dem Einfluss von Khan gestanden hat. Allerdings gelingt es Khan dennoch das Genesis-Projektil an Bord der ''Reliant'' zu beamen.

Aus der Materie des Nebels entsteht ein neuer Planet, der [[Genesis (Planet)|Genesis-Planet]]. Doch während der neue Planet entsteht, liegt Spock im sterben Sterben und McCoy ruft Kirk in den Maschinenraum, damit sich dieser von Spock verabschieden kann. McCoy nimmt später an der [[Gedenkfeier]] von Spock teil, bei der sein Leichnam auf den neu entstanden Planeten geschossen wird. ({{Film|2}})

Nach Spocks Tod kehrt die ''Enterprise'' zur Erde zurück. Allerdings beginnt sich in dieser Zeit McCoy seltsam zu verhalten. Kirk trifft McCoy verwirrt in Spocks Quartier. McCoy erwähnt, dass er auf Genesis zurück gelassen worde wurde und zum [[Berg Seleya]] auf Vulkan gebracht werden muss. Kirk versteht das seltsame Handeln von McCoy nicht und lässt diesen vorerst medizinisch zu versorgen. Von Spocks Vater Sarek erfährt Kirk, dass Spock vor seinem Tod seine Katra übertragen hat und beide finden heraus, dass Spock seine Katra in McCoy transferiert hat. Kirk muss McCoy und Spocks Leichnam nach Vulkan bringen, damit beide gerettet werden können.

Im Orbit des Planeten befindet sich der Klingone [[Kruge]] mit seinem [[Klingonischer Bird-of-Prey|Bird-of-Prey]], welcher ebenfalls sämtliche Daten über die Genesis-Waffe sammeln will. Als die ''Enterprise'' den Planeten erreicht, kommt es zum Kampf zwischen beiden Schiffen. Die ''Enterprise'' ist zwar im Kampf überlegen, allerdings hat Kruge auf der Planetenoberfläche Geiseln, darunter auch der durch den Genesiseffekt zum Leben erweckte Spock und Kirk muss vor Kruge kapitulieren. Die Klingonen beginnen auf die ''Enterprise'' zu beamen. Allerdings verlassen Kirk und seine Männer das Schiff und sie aktivieren die Selbstzerstörung. Die Explosion der ''Enterprise'' reißt Krugs fast die komplette Crew Kruges in den Tod. Auf der Oberfläche muss McCoy mit den anderen ansehen, wie die [[Trümmer]] der ''Enterprise'' in der Atmosphäre verglühen.