Flash Mc Queen revient au pays et retrouve son ami Martin la Dépanneuse. Mais défié par un champion italien, il va participer au Grand Prix Mondial, qui déterminera quel bolide est le plus rapide et fera la promotion d'un carburant bio.

Flash McQueen est une jeune voiture de course arrogante. Alors qu'il va vers l'Ouest pour participer à une compétition, il se crash dans le désert et se retrouve dépanné jusque dans une petite ville, dont il découvre les habitants.

Woody le cowboy, le jouet préféré d'Andy, a été dérobé par un collectionneur. Buzz l'Eclair décide de venir à son aide et demande qui parmi les autre jouets veut bien l'accompagner dans cette aventure.

Tilt, une fourmi, a causé par sa maladresse la perte de la récolte de sa fourmilière. Les criquets, qui rackettent les fourmis, sont furieux. Tilt, pour se racheter, va chercher des mercenaires pour défendre la fourmilière.

Woody le cow-boy est un jouet du jeune Andy. Andy ne sait pas que lorsqu'il quitte sa chambre, Woody et les autres jouets s'animent et prennent vie. Woody a le statut de jouet préféré. Mais voilà que débarque un nouveau jouet: Buzz l'Eclair.