Optimus Prime entra em Transformers: O Último Cavaleiro como o líder sobrevivente dos Autobots e como uma das figuras centrais remanescentes do longo conflito entre Autobots e Decepticons. Antes dos eventos do filme, Cybertron havia sido devastado e a Terra havia se tornado cada vez mais hostil em relação aos Cybertronianos. Após os eventos de Transformers: A Era da Extinção, Optimus deixou a Terra e viajou para o espaço em busca dos seres responsáveis pela criação dos Transformers. Sua partida deixou os Autobots sem seu líder durante um período em que os Transformers haviam sido declarados ilegais na Terra e estavam sendo caçados pela Força de Reação aos Transformers. O filme, portanto, começa com Optimus já separado dos Autobots e perseguindo um objetivo pessoal ligado às origens de Cybertron e aos seus criadores.

A chegada de Optimus a Cybertron torna-se o evento definidor de sua história neste filme. Quando chega ao planeta em ruínas, ele imediatamente o reconhece como seu lar e reage à condição em que o encontra. Quintessa então aparece e se identifica como a "Prima da Vida" e afirma que o criou. O filme apresenta essa afirmação como parte de sua explicação para as origens dos Transformers, embora não estabeleça de forma independente cada detalhe dessa afirmação fora do próprio relato de Quintessa. Ela diz a Optimus que sua guerra destruiu Cybertron e argumenta que ele deve ajudar a restaurá-lo. Optimus rejeita a acusação de que ele causou a guerra e identifica Megatron como aquele que a iniciou. Quintessa, no entanto, assume o controle dele, diz que ele pertence a ela e condiciona sua restauração de Cybertron ao cumprimento de suas ordens.

Sob o controle de Quintessa, Optimus é transformado no estado identificado no filme como Nemesis Prime. Isso não é apresentado como a descoberta de um Cybertroniano separado que anteriormente viveu de forma independente sob esse nome. Dentro de O Último Cavaleiro, Nemesis Prime é Optimus Prime operando sob o controle de Quintessa. Quintessa explica que seu cajado, descrito como seu poder de criação, foi tomado dela por seus doze cavaleiros guardiões e escondido na Terra. Ela afirma ainda que o cajado é necessário para restaurar a vida a Cybertron. Seu plano exige que a Terra seja sacrificada porque ela identifica o próprio planeta como Unicron, um antigo inimigo de Cybertron, e pretende drenar sua vida. Quando Quintessa lhe diz que a Terra morrerá e Cybertron renascerá, ela explicitamente o chama de "Nemesis Prime". Ele então declara que lutará contra qualquer um que fique em seu caminho.

O propósito de Nemesis Prime no filme está, portanto, diretamente ligado à restauração de Cybertron. Seu objetivo designado é recuperar o cajado de Merlin da Terra e devolvê-lo a Quintessa para que seu poder possa ser usado contra Unicron. Seu papel é, consequentemente, uma extensão temporária do plano de Quintessa, e não uma nova história de vida separada da de Optimus Prime. O filme não dá a Nemesis Prime uma infância independente, uma origem separada, uma carreira militar separada, relacionamentos separados ou uma vida existente antes de Quintessa assumir o controle de Optimus. Esses detalhes iriam além do que o filme estabelece.

O conflito em Stonehenge torna-se o ponto decisivo na breve existência de Nemesis Prime. Optimus chega à Terra e confronta Cade Yeager, Bumblebee e os outros enquanto tenta obter o cajado. Durante o confronto, ele luta contra pessoas e Cybertronianos que anteriormente estavam ligados a ele. O controle imposto a ele é eventualmente interrompido quando a voz de Bumblebee desencadeia as memórias e a identidade de Optimus. O filme trata esse momento como a restauração de Optimus Prime, e não como a morte de um personagem separado chamado Nemesis Prime. Após esse ponto, ele volta a operar como Optimus e participa do esforço para impedir que Quintessa destrua a Terra.

Uma vez livre do controle de Quintessa, Optimus retoma seu papel na batalha final e ajuda a deter a ameaça imediata à Terra e a Cybertron. Ele confronta as forças de Quintessa, participa do ataque à posição do inimigo e ajuda a impedir a destruição da Terra. Suas ações durante essa parte do filme o restauram à posição que ocupava antes de sua corrupção. O filme não estabelece que a identidade Nemesis Prime altere permanentemente seu nome, status ou existência. Em vez disso, a conclusão mostra Optimus continuando como o mesmo indivíduo após o controle ter sido rompido.

Ao final de O Último Cavaleiro, a posição histórica de Optimus mudou da de um líder Cybertroniano isolado em busca de seus criadores para a de uma figura que mais uma vez direciona os Autobots para seu mundo natal. Sua mensagem final afirma que a Terra e Cybertron agora estão conectadas e que os dois mundos devem reparar seus planetas e trabalhar juntos para sobreviver. Ele então transmite um chamado aos Autobots dizendo-lhes que é hora de voltar para casa. O filme, consequentemente, termina com a restauração de Cybertron tornando-se a próxima etapa de sua vida, e não a conclusão de sua história.

Tomada estritamente do filme, a biografia de Optimus Prime em O Último Cavaleiro é, portanto, a continuação de uma longa vida moldada pela destruição de Cybertron, por seu papel como líder dos Autobots, por sua partida da Terra para buscar seus criadores, por seu encontro com Quintessa nos restos moribundos de Cybertron, por sua transformação forçada em Nemesis Prime, por sua missão ordenada de recuperar o cajado de Merlin, por seu uso temporário como instrumento do plano de Quintessa, por sua recuperação de sua verdadeira identidade por meio da voz de Bumblebee e por seu retorno à causa Autobot. O filme deixa suas origens mais profundas deliberadamente ligadas ao mistério dos criadores dos Transformers e às afirmações de Quintessa, enquanto seu legado imediato é deixado na decisão de trazer os Autobots de volta para Cybertron e trabalhar pela sobrevivência e reparação de ambos os mundos.