胡迪深知自己在这个世界上的使命，就是照顾他的主人，无论是原来的安迪还是新主人邦妮。当邦妮将不情愿成为玩具的“叉叉”带回家时，胡迪又担起了教导叉叉接受自己新身份的责任。 然而当邦妮将所有玩具带上房车家庭旅行时，胡迪与伙伴们将共同踏上全新的冒险之旅，领略房间外面的世界有多广阔，甚至偶遇老朋友牧羊女。在多年的独自闯荡中，牧羊女已经变得热爱冒险，不再只是一个精致的洋娃娃。正当胡迪和牧羊女发现彼此对玩具的使命的意义大相径庭时，他们很快意识到更大的威胁即将到来……

可爱的小女孩莱莉（凯特林·迪亚斯 Kaitlyn Dias 配音）出生在明尼苏达州一个平凡的家庭中，从小她在父母的呵护下长大，脑海中保存着无数美好甜蜜的回忆。当然这些记忆还与几个莱莉未曾谋面的伙伴息息相关，他们就是人类的五种主要情绪：乐乐（艾米·波勒 Amy Poehl er 配音）、忧忧（菲利丝·史密斯 Phyllis Smith 配音）、怕怕（比尔·哈德尔 Bill Hader 配音）、厌厌（敏迪·卡灵 Mindy Kaling 配音）和怒怒（刘易斯·布莱克 Lewis Black 配音）。乐乐作为团队的领导，她协同其他伙伴致力于为小主人营造更多美好的珍贵回忆。某天，莱莉随同父母搬到了旧金山，肮脏逼仄的公寓、陌生的校园环境、逐渐失落的友情都让莱莉无所适从，她的负面情绪逐渐累积，内心美好的世界渐次崩塌。
为了保护这一切，乐乐只有行动起来……

在一个风雨交加的夜晚，邦妮（艾米丽·哈恩 Emily Hahn 配音）跟随妈妈行驶在漫长的公路上。后备箱内，邦妮的宝贝玩具牛仔胡迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）、巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）、杰西（琼·库萨克 Joan Cusack 配音）等围坐在一起看恐怖电影打发无聊时光。突然，汽车意外爆胎，邦妮母女只得在一家名为“好梦”（SleepWell）的汽车旅馆歇脚，等待第二天救援车的到来。夜深人静，玩具们纷纷外出探险，可当他们再聚拢一起的时候，却发现蛋头先生不见了踪影。胡迪他们分头寻找，然而在这一过程中，伙伴们一个个离奇消失。
恐怖片的情节变成了现实，而有着幽闭恐惧症的杰西不知不觉肩负起营救伙伴们的重任……

距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯 John Morris 配音）变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前，伍迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。
伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……

清晨的公园里，老人格里慢慢的铺开棋盘，把棋子一个一个的放上去，“对弈”就这样开始了。
两个老人一个狡猾奸诈，一个憨厚老实。一盘棋局，铁马金刀，煞是热闹。然而憨厚的老人很快陷入了僵局，仅剩一子，老实的他竟急至心脏病发。狡猾的老人也不由的担心起来。谁知这才是胜负的真正开端，原来狡猾也有失误，老实也会耍滑。
老人格里的对弈中，哪个才是真正的赢家？

一群性格尖酸的小鸟集聚在电线上，唧唧喳喳吵个不停。
不速之客大笨鸟的到来打破了他们的争吵，小鸟们突然团结起来，一致对外，对大笨鸟冷嘲热讽，甚至打算齐心合力把它排挤出去。可就在成功在即之时，意外发生了......

汽车世界中，一年一度的活塞杯再次拉开序幕。红色跑车“闪电”麦坤和“冠军”、“路霸”是冠军最有力的竞争者。作为新人，麦坤具有极高的天赋，同时也是一个目空一切的家伙。经过紧张激烈的对抗，这三辆车同时冲过终点线。由于无法判定最终优胜者，组委会决定一个月后在加州洛杉矶召开一次只有这三辆车参加的殊死战，只有最后的胜者才能捧得活塞杯。
信心满满麦坤和搭档拖车麦大叔早早启程。但是长时间的疲劳驾驶，令麦大叔不慎将麦坤丢在半路。麦坤东闯西撞，无意间来到了被众车遗忘的油车水镇。因躲避警长的追捕，麦坤毁坏了小镇的马路。在法官哈迪逊韩大夫和律师保时捷莎莉的裁决下，他被迫留在这里修路。短短几天相处，麦坤和小镇的居民渐渐融洽起来，同时他也爱上了美丽的莎莉。只不过，路终有修完的时候，未完的比赛仍在等待着他……