Der Moment des Abschieds ist gekommen: Andy ist den Kinderschuhen entwachsen und macht sich bereit, aufs College zu gehen. Für sein stets getreues Spielzeug hat er keine Verwendung mehr. Andys Mutter spendet die Spielsachen der Kindertagesstätte Sunnyside. Doch dieses angebliche Paradies entpuppt sich nach zuerst freundlicher Aufnahme durch die alteingesessenen Spielzeuge bald zum Gefängnis für die Freunde. Ein ausgeklügelter Ausbruchsplan wird ausgearbeitet - die Zeit drängt, denn hier geht nicht alles mit rechten Dingen zu.

Ausgerechnet jetzt, da er als Newcomer die etablierten Stars am Rande der Niederlage hat und nur noch ein Entscheidungsrennen aussteht, verfährt sich der etwas egomanische, aber sympathische Rennwagen Lightning McQueen in der Wüste. Er landet in dem abgelegenen Hinterwaldnest Radiator Springs, wo die Uhren eher wie in den 50ern gehen und man den ungestümen Raser nach Kollateralschäden ein paar Lektionen erteilt.