Optimus Prime wkracza do Transformers: Ostatni Rycerz jako ocalały przywódca Autobotów i jedna z centralnych postaci pozostałych po długim konflikcie między Autobotami a Deceptikonami. Przed wydarzeniami z filmu Cybertron został spustoszony, a Ziemia stawała się coraz bardziej wroga wobec Cybertronian. Po wydarzeniach z Transformers: Wiek zagłady Optimus opuścił Ziemię i wyruszył w kosmos w poszukiwaniu istot odpowiedzialnych za stworzenie Transformerów. Jego odejście pozostawiło Autobotów bez przywódcy w okresie, gdy Transformery zostały uznane na Ziemi za nielegalne i były ścigane przez Siły Reakcji Transformerów. Film rozpoczyna się więc, gdy Optimus jest już oddzielony od Autobotów i realizuje osobisty cel związany z pochodzeniem Cybertronu i jego twórcami.

Przybycie Optimusa na Cybertron staje się wydarzeniem definiującym jego historię w tym filmie. Gdy dociera na zrujnowaną planetę, natychmiast rozpoznaje ją jako swój dom i reaguje na stan, w jakim ją zastaje. Wtedy pojawia się Quintessa i przedstawia się jako "Prime of Life", twierdząc, że go stworzyła. Film przedstawia jej twierdzenie jako część wyjaśnienia pochodzenia Transformerów, choć nie potwierdza niezależnie każdego szczegółu tego twierdzenia poza relacją samej Quintessy. Mówi Optimusowi, że jego wojna zniszczyła Cybertron, i przekonuje, że musi pomóc go odbudować. Optimus odrzuca jej oskarżenie, że to on wywołał wojnę, i wskazuje Megatrona jako tego, który ją rozpoczął. Quintessa mimo to przejmuje nad nim kontrolę, mówi mu, że do niej należy, i uzależnia jego odbudowę Cybertronu od wykonania jej rozkazów.

Pod kontrolą Quintessy Optimus zostaje przekształcony w stan określany w filmie jako Nemesis Prime. Nie jest to przedstawiane jako odkrycie odrębnego Cybertronianina, który wcześniej żył niezależnie pod tym imieniem. W Ostatnim Rycerzu Nemesis Prime to Optimus Prime działający pod kontrolą Quintessy. Quintessa wyjaśnia, że jej berło, opisywane jako jej moc stworzenia, zostało jej odebrane przez jej dwunastu rycerzy-strażników i ukryte na Ziemi. Stwierdza ponadto, że berło jest niezbędne do przywrócenia życia Cybertronowi. Jej plan wymaga poświęcenia Ziemi, ponieważ identyfikuje samą planetę jako Unicrona, odwiecznego wroga Cybertronu, i zamierza wyssać jej życie. Gdy Quintessa mówi mu, że Ziemia umrze, a Cybertron odrodzi się, zwraca się do niego wprost jako "Nemesis Prime". On zaś oświadcza, że będzie walczył z każdym, kto stanie mu na drodze.

Cel Nemesis Prime'a w filmie jest zatem bezpośrednio związany z odnowieniem Cybertronu. Jego wyznaczonym zadaniem jest odzyskanie berła Merlina z Ziemi i zwrócenie go Quintessie, aby jego moc mogła zostać użyta przeciw Unicronowi. Jego rola jest więc tymczasowym przedłużeniem planu Quintessy, a nie nową historią życia odrębną od historii Optimusa Prime'a. Film nie daje Nemesis Prime'owi niezależnego dzieciństwa, odrębnego pochodzenia, odrębnej kariery wojskowej, odrębnych relacji ani życia istniejącego przed przejęciem kontroli nad Optimusem przez Quintessę. Te szczegóły wykraczałyby poza to, co ustala film.

Konflikt pod Stonehenge staje się decydującym punktem krótkiej egzystencji Nemesis Prime'a. Optimus dociera na Ziemię i konfrontuje się z Cade'em Yeagerem, Bumblebee i pozostałymi, próbując zdobyć berło. Podczas konfrontacji walczy z ludźmi i Cybertronianami, którzy byli wcześniej z nim związani. Nałożona na niego kontrola zostaje ostatecznie zakłócona, gdy głos Bumblebee wyzwala wspomnienia i tożsamość Optimusa. Film traktuje ten moment jako przywrócenie Optimusa Prime'a, a nie śmierć odrębnej postaci o imieniu Nemesis Prime. Po tym punkcie znów działa jako Optimus i bierze udział w wysiłkach, by powstrzymać Quintessę przed zniszczeniem Ziemi.

Uwolniony spod kontroli Quintessy Optimus wznawia swoją rolę w ostatniej bitwie i pomaga powstrzymać bezpośrednie zagrożenie dla Ziemi i Cybertronu. Konfrontuje się z siłami Quintessy, uczestniczy w ataku na pozycję wroga i pomaga zapobiec zniszczeniu Ziemi. Jego działania w tej części filmu przywracają go do pozycji, którą zajmował przed swoim skażeniem. Film nie ustala, że tożsamość Nemesis Prime trwale zmienia jego imię, status czy egzystencję. Zakończenie pokazuje natomiast, że Optimus trwa jako ta sama jednostka po przełamaniu kontroli.

Pod koniec Ostatniego Rycerza historyczna pozycja Optimusa zmieniła się z osamotnionego przywódcy Cybertronian szukającego swoich twórców w postać ponownie kierującą Autobotów ku ich ojczystemu światu. Jego końcowe przesłanie głosi, że Ziemia i Cybertron są teraz połączone i że oba światy muszą naprawić swoje planety oraz współpracować, aby przetrwać. Następnie nadaje wezwanie do Autobotów, mówiąc im, że nadszedł czas, by wrócili do domu. Film kończy się więc tym, że odnowienie Cybertronu staje się kolejnym etapem jego życia, a nie zakończeniem jego historii.

Ściśle według filmu biografia Optimusa Prime'a w Ostatnim Rycerzu jest zatem kontynuacją długiego życia ukształtowanego przez zniszczenie Cybertronu, jego rolę przywódcy Autobotów, jego odejście z Ziemi w poszukiwaniu twórców, jego spotkanie z Quintessą na umierających szczątkach Cybertronu, jego wymuszoną przemianę w Nemesis Prime'a, jego wyznaczoną misję odzyskania berła Merlina, jego tymczasowe wykorzystanie jako narzędzia planu Quintessy, jego odzyskanie prawdziwej tożsamości poprzez głos Bumblebee oraz jego powrót do sprawy Autobotów. Film celowo pozostawia jego głębsze pochodzenie związanym z tajemnicą twórców Transformerów i twierdzeniami Quintessy, podczas gdy jego bezpośredni dorobek pozostaje w decyzji o sprowadzeniu Autobotów z powrotem ku Cybertronowi i pracy na rzecz przetrwania oraz naprawy obu światów.