Der Fondsmanager Seok-woo lässt sich von seiner Tochter Su-an überreden, für ihren Geburtstag nach Busan zu fahren, da dort ihre Mutter lebt, die sie seit der Scheidung ihrer Eltern kaum gesehen hat. Für ihre Reise nehmen sie den Hochgeschwindigkeitszug KTX von einer Bahnstation in Seoul. Als der Zug abfährt, sieht Su-an, wie auf dem Bahnsteig ein Bahnmitarbeiter angegriffen wird. Ihr Vater schläft bereits. Kurz zuvor konnte sich noch ein Mädchen, das starke Verletzungen aufweist, in den Zug retten. Su-an streift durch den Zug und sieht in einem anderen Abteil, wie das Mädchen eine Mitarbeiterin der Bahn angreift, die ihr zuvor helfen wollte. Diese verwandelt sich nach dem Biss in einen Zombie. In diesem Moment kommt auch ihr Vater, schnappt sich Su-an, und flüchtet in ein vorderes Abteil, wo er sich mit anderen verbarrikadiert.
In den Nachrichten kommen Meldungen von Krawallen in Seoul und Seok-woos Mutter ruft ihn an, kurz bevor sie mutmaßlich verstirbt. In dem Abteil befinden sich auch noch Sang-hwa und seine schwangere Frau Sung-kyung, die Cheerleaderin Jin-hee, der Baseballspieler Young-gook und weitere Spieler sowie Yong-suk, der CEO eines Unternehmens, ein Obdachloser und die älteren Geschwister In-gil und Jong-gil. Der Zugfahrer kündet an, bis nach Daejeon durchzufahren, wo die Situation unter Kontrolle sei und wo das Militär auf sie warte. Seok-woo ruft daraufhin einen seiner Privatkunden, der Leutnant beim Militär ist an, der ihm sagt, dass alle, die dort ankommen, unter Quarantäne gestellt werden. Dies möchte Seok-woo vermeiden, woraufhin der Leutnant ihn anweist, am Bahnhof einen anderen Ausgang zu nehmen.
Als der Zug in Daejeon stoppt ist dort zunächst niemand. Sie gehen zunächst gemeinsam zum Ausgang, Seok-woo trennt sich von der Gruppe und geht mit seiner Tochter zum anderen Ausgang. Dann bekommt er jedoch einen Anruf von dem Leutnant; er könne seine Männer nicht erreichen. Es stellt sich heraus, dass auch die Soldaten bereits infiziert sind und diese greifen die ankommenden Passagiere an. Diese flüchten wieder zurück in den Zug. Dabei wird Seok-woos Tochter von Sang-hwa gerettet. Aufgrund der vielen Zombies am Bahnsteig flüchten sich die Passagiere in unterschiedliche Abteile. Jin-hee, In-gil und der CEO sind mit einigen weiteren Passagieren sicher in Abteil 15. Die schwangere Sung-kyung, Su-an, der Obdachlose und Jong-gil befinden sich auf einem Toilettenraum in Abteil 13. Seok-woo, Sang-hwa und Young-gook befinden sich in Abteil 9. Letztere erfahren durch Anrufe, dass Su-an und Sung-kyung im Abteil 13 sind, worauf sie beschließen, sie zu retten und zu ihnen zu gelangen. Young-gook erfährt durch den Kontakt mit Jin-hee, dass Abteil 15 sicher ist. So kämpfen sich die drei gegen die Zombies durch den Zug.
Dabei merken sie, dass die Zombies bei Dunkelheit, die durch gelegentliche Tunneldurchfahrten eintritt, nichts sehen können und dann nur auf Geräusche reagieren. Dies machen sie sich zu nutzen und erreichen so Abteil 13. Nachdem sie Su-an und Sung-kyung gefunden haben, müssen sie nur noch durch Abteil 14 bis zum sicheren Abteil 15. Allerdings haben die Menschen dort aus Angst vor Infizierten die Tür verbarrikadiert. Sang-hwa versucht, die Zombies hinter ihnen aufzuhalten, wird dabei aber selbst gebissen. Die anderen schaffen es durch den Zeitgewinn, die verbarrikadierte Tür zu öffnen und entkommen. In-gil bleibt jedoch auch zurück, damit die anderen flüchten können. Aus Furcht vor einer Infektion werden die Neuankömmlinge aber von Yong-suk in ein getrenntes Abteil verbannt. Kurz darauf öffnet Jong-gil jedoch die Tür zu den Zombies, um bei ihrer Schwester zu sein. Somit attackieren die Zombies Abteil 15, aber Yong-suk kann mit einem Bahnmitarbeiter in einen Toilettenraum flüchten. Seok-woo, Su-an, Sung-kyung, Young-gook, Jin-hee und der Obdachlose sind in Abteil 16 zunächst relativ sicher, der Zugführer ebenso.
In Daegu ist das Gleis des Zuges versperrt, weshalb die Überlebenden nach einem weiteren Zug suchen müssen. Dabei werden Yong-gook, Jin-hee und der Obdachlose getötet. Der Zugführer findet einen Zug und startet die Lokomotive, wird aber getötet, als er versucht, Yong-suk zu retten. Seok-woo, Su-an und Sung-kyung schaffen es auch auf die Lokomotive und finden den infizierten Yong-suk. Seok-woo kämpft mit ihm, wird aber auch gebissen. Er verabschiedet sich von seiner Tochter und springt vom Zug, um die zwei letzten Überlebenden zu schützen.
