Ben Wade et sa bande attaquent une diligence et raflent le coffre rempli d’or qu’elle transportait. En tenant de s’interposer, le cocher est tué. Accompagné de ses deux fils, Dan Evans, un éleveur de la région, a assisté impuissant à la scène. Embrigadé dans la patrouille que le shérif du lieu constitue pour retrouver les bandits, Dan réussit à capturer Ben Wade, qui s’était attardé au saloon de la ville avec Emmy, la jolie serveuse…

Butterfield, le propriétaire du coffre volé, offre une prime de 200 dollars à qui conduira le prisonnier dans le train pour Yuma. Dan, qui a un grand besoin de cet argent à cause de la sécheresse qui menace de ruiner sa ferme, accepte la mission.

Parvenu à Contention, Dan s’enferme dans une chambre d’hôtel avec son prisonnier pour y attendre l’arrivée du train. Mais les complices de Ben, qui ont retrouvé sa trace, se rendent sans peine maîtres de la ville. Tout le monde, y compris Butterfield et Alice, la propre femme de Dan, le conjurent de renoncer à sa mission : c’est un suicide.

Mais Dan veut aller jusqu’au bout : pour l’argent dont il a besoin, mais aussi par fierté, pour regagner l’estime de ses fils. Et contre toute attente, Dan, gardant Ben Wade sous le feu de son fusil, réussira à prendre le train de 3 h 10 tandis que la pluie commence à tomber…