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Lo scienziato Galen Erso, dopo aver lavorato per anni per l'Impero Galattico, si è ritirato sul pianeta Lah'mu, dove vive insieme alla moglie Lyra e alla figlia Jyn Erso. Erso viene raggiunto dal Direttore Imperiale Krennic, che uccide Lyra e costringe lo scienziato a completare la progettazione della Morte Nera, una stazione spaziale capace di distruggere interi pianeti. Jyn riesce a fuggire e viene salvata dal ribelle Saw Gerrera. Quindici anni dopo, Erso convince Bodhi Rook, un pilota imperiale, a portare all'Alleanza Ribelle un messaggio per informarli dell'esistenza della Morte Nera, ma questi viene catturato dalla fazione estremista di Gerrera. Jyn, ormai adulta, viene fatta evadere da una prigione imperiale dai ribelli, che vogliono usarla per rintracciare Galen e ucciderlo, impedendo così che l'arma venga completata.

Jyn, insieme all'ufficiale ribelle Cassian Andor e al droide K-2SO, si reca sul pianeta Jedha per incontrare Gerrera, che le mostra il messaggio inviato da Galen; nel messaggio lo scienziato rivela di aver deliberatamente inserito una vulnerabilità nel reattore centrale della Morte Nera che, se colpito, provocherebbe la distruzione dell'intera stazione. Nel frattempo il Governatore Tarkin incontra Krennic a bordo della Morte Nera ed esprime i suoi dubbi sull'effettiva potenzialità dell'arma. Krennic dimostra il potere della Morte Nera distruggendo Jedha City; Jyn e il suo gruppo, a cui si sono aggiunti il monaco cieco Chirrut Îmwe e il guerriero Baze Malbus, sono costretti a fuggire, ma Saw rimane ucciso. Tarkin decide di prendere lui stesso il controllo della stazione, usando come scusa le falle nella sicurezza avvenute sotto il comando di Krennic.

Rook conduce Jyn sul pianeta Eadu, dove si trova un centro di ricerca imperiale in cui lavora Galen. Contemporaneamente Krennic si incontra con Galen, che rivela di aver tradito l'Impero...