Lightning McQueen ist ein alter Hase im Rennzirkus. Doch obwohl er von einer neuen Generation Rennwagen mehr und mehr ins Abseits gedrängt wird, will der rote Flitzer vom Ruhestand nichts wissen, vielmehr steckt er sich ein neues ehrgeiziges Ziel: Er will das Piston-Cup-Rennen gewinnen und den Jungspunden zeigen, dass er immer noch das Zeug zum Sieger hat. Doch vor allem der blitzschnelle Newcomer Jackson Storm ist für Lightning McQueen ein ernstzunehmender Gegner und mit etlichen technischen Spielereien ausgestattet, über die McQueen nicht verfügt. Und so holt er sich Hilfe von der jungen Renntechnikerin Cruz Ramirez: Sie soll ihn trainieren und ihm die neuesten Tricks aus dem Rennzirkus beibringen. Und sie hat auch schon ein paar Ideen, wie sie Lightning zurück in die Spur helfen kann...

Eigentlich hat die Modebranche Derek vergessen, er und Hansel haben sich zur Ruhe gesetzt. Doch ohne ihre Hilfe ist die gesamte VIP-Welt in großer Gefahr. Dass auch Modezar Mugatu wieder seine Finger im Spiel zu haben scheint, macht das Ganze nicht einfacher. Die Rettung aus dieser mehr als bedrohlichen Lage erfordert den geballten Intellekt der beiden Ex-Models. Die notwendige Unterstützung bekommen sie dabei von der resoluten Interpol-Agentin Valentina, die immer noch darunter leidet, dass sie wegen ihrer beachtlichen Oberweite als Model nie High Fashion präsentieren durfte, sondern auf Bademoden und Unterwäsche reduziert wurde. Wer aber steckt hinter den schrecklichen Morden? Können Derek und Hansel die Welt noch einmal retten? Was ist aus Dereks Sohn, Derek Jr., geworden? Wie sieht der von Derek neu entwickelte Look "Purpose" aus? Und vor allem: If God exists, why did he make ugly people?

Das Rennauto Lightning McQueen ist von sich überzeugt: schnell und sicher ist er immer der Erste im Ziel. Das will er auch der Welt beweisen und begibt sich mit seinem Freund Hook, dem Abschleppwagen und seinem Boxenstopp-Chef, auf eine Tour, um am allerersten World Grand Prix anzutreten. Hier fahren die besten Rennfahrer der Welt um die Wette und Lightning McQueen will natürlich gewinnen. Während sich Lightning McQueen auf das wichtigste Rennen seiner Karriere vorbereitet, schlittert Hook in eine internationale Spionage-Affäre. Kann er Lightning McQueen unterstützen und gleichzeitig den Spionage-Ring auffliegen lassen?