自从上一集牛仔伍迪救回巴斯光年之后，他一直和其他玩具一起快乐的生活在小主人家。一次，小主人参加夏令营去了，伍迪因为破旧而没被带去。留在家里的伍迪恰巧被一个玩具收藏家发现了，认为他是近代最具代表性的玩具。于是将伍迪被偷了出来放在颇富盛名的文化博物馆内展览。在家里所有的玩具 都很担心伍迪，因此巴斯光年自告奋勇去寻找伍迪，但是当他们发现伍迪在展览馆时， 伍迪却似乎不再愿意回去过那平凡的生活……

小主人家境富裕，拥有一屋的玩具。其中他最爱的是牛仔玩偶胡迪，胡迪因此成为众玩具的“老大”。当小主人出门在外时，一屋的玩具自成世界，过着自己的生活。一天，小主人带回了一个新的玩意：太空战警巴斯光年。巴斯光年长相新奇，功能先进，令小主人爱不释手，威胁到了胡迪的地位。胡迪千方百计要赶走巴斯，一不小心二人一起掉出了房间窗口外，邻居的恶狗在狂吠，邻居的小孩是一个玩具虐待狂，胡迪巴斯能不能化敌为友，消灾解难？

鲍勃是一个超人特工，他惩恶扬善，深受街坊邻里的爱戴。“不可思议”先生就是他的光荣外号。他和另一个超人特工“弹力女超人”相爱，两人结婚后过上平静的生活。
15年过去了，鲍勃已经像普通人一样生活，当上了保险公司的理赔员。然而他心中还是有着技痒之时。当他知道有发明家要展开攻击超人特工队、毁灭人类的计划，鲍勃终于按捺不住了。他要重出江湖，挽救人类护卫地球。但中年的超人已经大腹便便，他和敌人的斗争充满了悬念。鲍勃的妻子也跟丈夫一起投入到这场艰巨的战争中。