他的女部下程心推动通过了安乐死法，好获得绝症病人的健康大脑参加“阶梯计划”。
程心的同学云天明暗恋她，在得绝症后购买了恒星DX3906的产权匿名送给程心，并申请了安乐死。
程心得知云天明身患绝症的消息，找到云天明邀请其参加“阶梯计划”。
尽管深爱的女人不知道自己的心意，还邀请自己去参加生不如死的计划，云天明还是同意了，并最终入选。
程心知道是云天明送自己星星的时候，云天明的大脑已经被取出连同少量粮食种子发往三体舰队（云天明复活的话需要食物），程心痛不欲生。
为了让后世继续推进阶梯计划，熟知计划的程心第一次冬眠。
而面壁计划这边，面壁人泰勒计划在末日决战之时，以球状闪电和宏原子聚变消灭己方地球太空军让其成为呈宏观量子态的幽灵舰队去抵抗三体（他认为已被摧毁的舰队不可能再被摧毁，已死的人不可能再死一次），该计划被他的破壁人识破并指出是没有作用的，还把他的计划向全世界披露。
地球人指责泰勒没有人性，泰勒本可以说“是计划的一部分”，但是他选择了承认并自杀身亡。
面壁计划被质疑，除罗辑外另外两个面壁人希恩斯与雷迪亚兹为躲风头进入为期20年的冬眠。
这一年罗辑回想与叶文洁的对话，从宇宙社会学的技术爆炸和猜疑链中，思考出了“黑暗森林”理论：宇宙中存在着无数文明，就像散落在黑暗森林中的猎人，不知道下一刻会跳出什么样的野兽伤害自己。
所以每个文明都需要小心翼翼的躲避着被其他文明发现，以免可能会被其他文明毁灭。
而自己发现有其他文明的时候，也猜疑着其是不是存在恶意，最简单最经济的方法就是抢先向疑似有文明的地方发起攻击，开一枪试试看。
在宇宙中，一旦暴露己方坐标就等于坐等己方文明被毁灭（地球被三体锁定就是一个例证）。
因此罗辑认为可以利用黑暗森林法则，要是地球对太空广播三体世界的坐标，让三体世界暴露，总有其他文明会收到坐标后向三体世界开一枪试试看。以此为要挟可以建立起威慑，让三体不敢轻举妄动，保护地球得到喘息之机，然后发展科学缩小差距，最终摆脱三体威胁。
但是这个理论需要实验，罗辑动用面壁人权利向太空广播了离地球几十光年远的恒星187J3X1的坐标，对外说是发送了毁灭咒语，被世人嘲笑。
等待实验效果至少要上百年（送信号出去要几十年，被摧毁后的信号到地球也要几十年），加上罗辑感染了地球三体组织的基因病毒，所以进入冬眠。
在罗辑长达近200年的冬眠中，被唤醒的面壁人雷迪亚兹计划在水星布置一百万颗恒星级氢弹，一旦爆炸会引发太阳系的行星连锁坠入反应导致太阳系毁灭，三体也就失去可以移民的对象，在人类灭亡后三体也会灭绝，以此要挟三体。
该计划被他的破壁人识破，向世界揭露，雷迪亚兹被控谋杀地球文明，他撒谎说自己体内有炸弹控制器，一旦死亡就会触发炸弹炸毁纽约，从而得以允许其回国，归国后被愤怒的人民用石头砸死。
而面壁人希恩斯则发明了表面上可以固化对三体必胜信念的思想钢印，暗中却给所有接受思想钢印的人脑海里固化了人类必败的认识，希望促使人类逃亡，后被破壁人其妻子山衫惠子识破，冬眠醒来后，在国际大会上被惠子揭穿，惠子自杀，他被取消面壁人身份。
罗辑苏醒后，因为一百多年来地球的科技进步，给人类带来了乐观的精神，认为三体必败，面壁计划也被认为是失败的，他被取消面壁人身份。
此时亚洲舰队“自然选择”号执行舰长章北海虽不是思想钢印族，也认为人类必败，由于地球禁止逃亡（地球人类不可能都逃亡出太阳系，不患贫患不均，所以联合国只好宣布逃亡主义非法），章北海便操作“自然选择”号连带追击舰蓝色空间号、进取号、深空号、终极规律号逃亡，想为人类留下文明的种子。
在逃亡中，因为补给不足问题，各舰船间互相产生了猜疑，都认为对方会先发制人发动攻击夺取能源与物资。
“黑暗战役”爆发，章北海阵亡，最终“蓝色空间”号幸存并逃亡。
而三体在罗辑对太空广播恒星187J3X1坐标以后便意识到必须抢时间到地球封锁地球的广播能力，所以派出先进的武器“水滴”于此时先行到达太阳系，水滴不费吹灰之力便消灭了几乎全部的地球太空舰队，并呆在太阳附近干扰电磁波，封锁了人类利用太阳做放大器对外广播的能力。
地球太空舰队中只有量子号和青铜时代号逃离了战场，途中同样爆发了“黑暗战役”，最终“青铜时代”号幸存并逃亡。
人类终于观测到恒星187J3X1被“光粒”摧毁，罗辑的咒语生效了，于是罗辑被恢复面壁者身份，由于太阳已经被封锁，罗辑也没有了抵抗三体的有效方法，开始领导在三体人看来没有作用只是安抚地球人情绪的“雪地工程”。
随后，罗辑被人们轻视并被逐出居住处，孤身一人来到叶文洁和杨冬的墓碑旁，拿出手枪对准自己的心脏，通过无处不在的智子与三体对话。
原来罗辑利用雪地工程，在太阳轨道上布置了三千六百一十四枚核弹，如果罗辑死去，所有核弹将被引爆，包裹核弹的油膜物质会形成围绕太阳的星际尘埃，在尘埃云团的遮挡下，太阳将在波段上发生闪烁。
所有核弹的位置经过布置，使太阳闪烁形成的信号发送出三张图形，组合成三体世界的三维坐标图。
太阳变成银河系中的灯塔，把咒语发送出去，当然太阳系和地球的位置也会同时暴露，这是玉石俱焚的方法。
三体人接受了罗辑的谈判条件，三体舰队偏离太阳系，地球与三体暂时和平。
三体向地球传授科学知识，地球则利用自身爆炸性进步的优势（三体几乎是匀速发展）反过来帮助三体拯救偏离航道的三体舰队，黑暗森林威慑建立，庄颜和孩子被唤醒与罗辑团聚。
由于核弹开关要是掌握在集体手中，就起不到太大的威慑作用（因为要是三体不惧怕广播的风险进攻地球，在三体舰队到来前人类还有至少一代人的时间可以存活，这对活着的人就是全部了；如果为报复三体的进攻，向宇宙广播三体世界的坐标，地球一同暴露的话，来自不明世界的毁灭打击随时都可能到来，这个结果远糟于放弃广播。所以当三体进攻时，人类的群体反应完全可以预测：放弃广播三体坐标。但是如果开关掌握在某一个人手中，个体的反应则无法科学预测，威慑力度大于集体掌握）。
因此联合国把开关交回给罗辑，罗辑成为“执剑人”（手执高悬两个文明头顶的达摩克利斯之剑）。
也许是为了让庄颜和孩子彻底得到平静的生活，也许是受不了自己丈夫手握两个文明命运的沉重，也许是成为执剑人的巨大压力让罗辑异化，几年后庄颜带着孩子离开。
罗辑每时每刻都不能有任何的软弱被三体看出，开始了长达50余年孤身一人与三体人对峙的执剑人生涯。
此间逃亡在外的“青铜时代”号见威慑成立欲返回，被诱回地球后，所有人被以反人类罪逮捕，“青铜时代”号向“蓝色空间”号发出警告讯息，“蓝色空间”号加速逃离。
地球舰队的“万有引力”号与三体的水滴编队，开始追捕“蓝色空间”号（对其穷追不舍的原因是担心逃亡飞船会因为报复，对外广播两个文明的坐标）。
地球上女博士艾AA发现云天明送给程心的恒星DX3906存在类地行星，成为移民的希望，因产权问题唤醒程心。
冬眠后醒来的程心的原上司托马斯·维德为成为第二代执剑人，射杀强有力的竞争者程心未果被捕入狱。
程心当选第二任执剑人，接替已是垂暮老者的罗辑，三体看出了程心的软弱，就在罗辑将宇宙广播系统开关交给程心的十五分钟后，太阳系内的六个水滴向地球发起攻击。
果然，程心放弃发出宇宙广播，地球上宇宙广播系统被水滴摧毁。
同时与“万有引力”号编队追击“蓝色空间”号的水滴欲攻击“蓝色空间”号和“万有引力”号，却被能够部分进入四维空间的的“蓝色空间”号摧毁（四维对三维的干涉是可以直接进入三维物体内部结构的）。
“蓝色空间”号占领“万有引力”号，对太空启动了宇宙广播，暴露了三体世界的坐标，然后继续远离太阳系寻找新的家园。
之所以人类可以进入四维空间，是因为人类生存的宇宙是一个从四维空间降维得到的三维空间。
这种降维是由宇宙文明间的降维攻击导致，当全部宇宙被降低到三维空间后，还残留了一些极小的四维空间，称之为四维碎片。当三维人类进入四维碎片，可以跨越距离和障碍对三维空间的存在进行影响。
不知道自己已经被暴露的三体通过人形机器人智子，开始强迫全人类向澳大利亚移民，一年后地球和三体得知了“万有引力”号的广播行为，三体放弃地球，人类从受三体入侵的威胁转为面临未知文明的打击威胁。
“万有引力”号上的科学家关一帆与四维空间的神秘飞船“墓地”对话，并观测到了四维碎块的降维毁灭过程。
“墓地”的回答中实质上隐含了宇宙文明相互杀戮以及杀戮方式的残酷真相（某些文明为了彻底打击其他文明，先把自己改造成低维度生物，然后对其他没有进入低维度的文明进行降维攻击，以彻底消灭其他文明）。
几年后，三体世界三个恒星中的一颗被未知文明用光粒摧毁，只有少量三体人逃亡成功。
程心、罗辑、智子进行两个文明最后的谈话。
原来云天明被三体截获后复活，已经进入三体文明内部，他要与程心见面。
程心与云天明在太空中通过智子通讯交谈，因为被禁止交流拯救地球的方法（可能是为了防止逃过打击的地球发展起来后会对三体进行报复），云天明便冒险给程心讲了三个暗含拯救人类方法信息的童话，两人许下了也许永远都不能实现的以后在云天明送她的恒星DX3906星系相聚的约定，三体舰队带着云天明离开，彻底断绝了与地球的联系。
人类解读童话后得出了三种可能的拯救方法：
1、掩体计划（建造太空城躲在巨行星背面，躲避未知文明对太阳进行光粒袭击时带来的毁灭能量）；
2、黑域计划（改变太阳系的光速，将其降到16.7千米每秒，把太阳系转化成低光速黑洞以此对全宇宙证明人类文明的绝对安全，避免打击。但要付出技术自残的代价，使人类退回至低技术社会，且永远没有力量飞出低光速陷阱）；
3、建造可以光速飞行的曲率驱动飞船逃离太阳系。
黑域计划难度太大，实现之日漫漫无期，同时，因“曲率航迹”的发现，人们担心建造曲率驱动飞船会暴露人类的高科技水平，引起未知文明的警戒引来打击，人类最终把资源投入掩体计划。
而云天明童话中“把人画到画里去，人就会死亡”的隐喻一直没有得到合理解释。
认可了前上司能力的程心将自己的星环公司交由刑满释放的托马斯·维德接管，维德承诺会在自己的行为会危及人类生命的时候唤醒程心，让她决断，程心与艾AA进入冬眠。
几年后，托马斯·维德宣布研制曲率驱动飞船，联邦政府为阻止他，唤醒程心，程心不愿看见托马斯·维德与联邦政府兵戎相见，代表星环集团向联邦政府投降。
托马斯·维德被判处死刑，程心再次冬眠。
55年后人类接触到了未知文明向地球投放的“二向箔”（这种武器会把三维物体降到二维从而消灭，之所以没有用光粒，是因为外星人注意到了太阳系有光粒打击不到的盲区），才意识到云天明童话中“把人（三维）画到画（二维）里去人就死亡”的意义，实际上，只有建造曲率驱动飞船以光速逃亡才是拯救地球文明的唯一方法，然而一切都为时已晚。
相对于太阳系中的人类，二向箔投掷者文明——歌者文明，毫无争议非常强大。
但是歌者所在的文明自身也陷入到了生存危机，它们正与被称为“边缘世界”的敌人展开激烈的星际战争，而且随着战况的变迁，主动转为被动，战局越来越不利于歌者的“母世界”。
于是“母世界”在意识到常规战争已经无力谋求最终胜利后，便开始着手准备“全面二维化”，也就是将自己能触及到的全部三维宇宙空间和自己一同送入二维宇宙从而一举消灭所有无法在二维宇宙生存的敌人。
歌者的“母世界”是虚拟文明的现实决定了它们在经过改造后，有能力在进入二维宇宙后继续存活，而它们的敌人“边缘世界”就未必了。
程心、艾AA苏醒，太阳系开始二维化，两人乘“星环号”来到冥王星，遇到了为人类文明建造墓碑的守墓人罗辑。
罗辑告诉她们，托马斯·维德死后，他的追随者藏在当年面壁人雷迪亚兹建造的水星基地中，暗中建造出了一艘曲率驱动飞船，就是她们乘坐的“星环号”。
程心由此得知曲率引擎运行时会产生“曲率航迹”，航迹内的光速降低。由此可以利用大功率曲率引擎产生的航迹来制造黑域（低光速黑洞），人类要是制造出了曲率引擎驱动飞船，愿意离开太阳系的可以逃亡，不愿意逃亡的可以留在地球，逃离的曲率引擎驱动飞船为地球制造黑域以躲避打击，可惜因为程心，人类失去了最后的机会。
罗辑决定留下，终于，太阳系降维消失，地球人类仅剩的最后两人程心与艾AA乘“星环号”离开太阳系。
程心自责自己没有支持托马斯·维德的计划，但是为了人类继续延续存在，不能自杀，于是决定去赶赴与云天明的约定。
太阳系二维化数百年后，她们到达了恒星DX3906的类地行星，遇到了原“万有引力”号上的关一帆，得知“万有引力”和蓝色空间号上的人类在某个星系生存，关一帆是在此科考的。
因为此地常有外星文明经过，非常危险，关一帆要在科考结束后带两人去星舰人类生存的新世界。
程心与关一帆一起前去，艾AA留在原处等待。
结果留在原处的艾AA等到了云天明，云天明要送给程心一个可以让他们几个人在一起生存躲过宇宙坍塌的“小宇宙空间”。
返程的程心与关一帆不慎进入黑域，坠入低光速空间，必须启动神经元计算机才能脱出，二人被迫冬眠十二天。
低光速下，狭义相对论的律法仍然有效，在外面的参照系中，时间正以千万倍的速度闪电般地流逝。
这一次冬眠一觉就到了1700万年后，程心与关一帆苏醒，成功脱出光速，回去当年没能相聚的地方。
在那里，她看到了云天明与艾AA留在地质岩层里面的信息：“我们度过了幸福的一生，送给你们一个小宇宙，在里面躲过坍缩。”
程心与关一帆进入了小宇宙，在里面遇见了管理者智子（复制体），两人决定在此延续人类文明。
宇宙中有个文明，想把因为文明间的降维攻击从十维一步步跌到三维，现在又在向二维跌落的宇宙重新拉回高维，直接升维是不能的。但是从另一个方向努力，把宇宙降到零维，然后继续降维，就有可能从零的方向回到最初，使宇宙的维度重新回到十维的美好时代。
一天，程心与关一帆收到来自大宇宙的广播，归零文明号召各个躲在小宇宙中的文明归还来自大宇宙的物质，以避免大宇宙的膨胀并最终死亡。
程心、关一帆及智子将自己的小宇宙物质归还大宇宙，留下保留了他们文明历史的记忆体和一个五公斤重的生态球，三人返回大宇宙某处一个未知行星，开始前途未卜的新生活。
……
故事讲完，一群铁子们目瞪口呆，随后机械之心沸腾。