第三季将采用一种非常罕见的方式播出：从5月19日到5月21日，用三天时间将全部10集播完。第一天4集，此后每天3集。该剧已提前获得第四季续订，这是该剧的最后一季。
3×01《Mother》：在2163年的世界末日中，Cole不顾一切地寻找Titan。与此同时，被抓住的Railly被迫做出一个艰难的选择。十二猴子军等待着「见证者」（The Witness）的降临。
3×02 《Guardians》：Cole和Jones前往第一次世界大战结束后的法国寻找Jennifer Goines，他们遭遇一个危险的时间旅行团队：「守护者」（Guardians）。
3×03《Enemy》：Ramse带着一个被俘的宿敌回到基地，信任的基础面临考验。Cole和Jones为了得到真相会做出哪些事情？
3×04《Brothers》：Ramse和Cole鼓起勇气前往2007年——他们知道这要么是个陷阱，要么是杀死「见证者」的最后机会。但是当Cole发现一个令人心碎的真相之后，他意识到此次任务两者兼具。
3×05《Casualty》：众人急需得到答案，但时间已经不多了，于是Jennifer和Deacon前往1989年盗窃一份神圣的宗教文件。Railly和Cole试图保守一个秘密，但是当这个秘密即将曝光的时候，他们要怎么做？
3×06《Nature》：在1953年，Cole和Railly与Gale在十二猴子军诞生之际重逢。Christopher Lloyd扮演一个标志性反派角色的父亲。
3×07《Nurture》：Cole和Railly必须做出一个无法用言语来形容的决定，但他们的选择截然相反。Railly向一个不靠谱的朋友寻求建议，Jones的疑心越来越重。在一场大战之中，大混乱发生了。
3×08《Masks》：朋友和敌人齐聚维多利亚时代的伦敦，静候「见证者」的到来。Cole和Railly穿越时间展开追踪行动。
3×09《Thief》：Cole和Railly终于知道了那个自称「见证者」的男人令人伤心的生活故事。
3×10《Witness》：所有剧情线索都汇聚到Railly和Cole身上。Titan逼近，盟友被迫自相残杀，「见证者」站到命运的入口。