Die irre Heldentour des Billy Lynn spielt im Jahr 2004: Billy Lynn (Joe Alwyn) gehört zur Bravo Company. Der 19-jährige Soldat aus Texas überlebt vor laufender Kamera mit seiner Truppe ein schweres Feuergefecht im Irak. Für eine Promo-Tour werden die Männer daraufhin als Helden von der Bush-Regierung nach Hause geholt und reisen in verschiedene Städte der USA. Während der Halbzeit-Show des Thanks-Giving-Football-Spiels sollen sie abschließend im Dallas Cowboys’ Football-Stadium geehrt und für ihren mutigen Einsatz von tausenden Sportfans und Patrioten gefeiert werden. Die Rückkehr der nur zeitweilig heimgekehrten Soldaten (unter ihnen auch Garrett Hedlund) in den Irak schwebt dabei jedoch die gesamte Zeit unausweichlich über den Männern. In seinen Gedanken durchlebt der junge Billy Lynn die Ereignisse, die ihn an diesen Punkt seines Lebens geführt haben, noch einmal. Billys Familie, insbesondere seine ältere Schwester Kathryn (Kristen Stewart), geht dabei auf ganz unterschiedliche Weise mit der Situation um.