距上一次的冒險已經過去11個年頭，轉眼間安迪（約翰·莫里斯 John Morris 配音）變成了17歲的陽光男孩。這年夏天，安迪即將開始大學生，他必須將自己的房間收整齊留給妹妹。此前，伍（湯姆·漢克斯 Tom Hanks 配音）與巴斯光年（蒂姆·艾倫 Tim Allen 配音）等玩具一直期待安迪再和他們耍，但是隨著歲月的流逝他們被冷落在箱子里很久。安迪十分珍惜這些童年玩伴，于是準備將他們收閣樓。誰曾想，媽媽卻把具們當作廢物扔到街道上玩具們誤解了安迪，于是然出走，寧可被捐贈到陽之家幼兒園。伍迪盡力勸大家，卻收效甚微，只得自黯然離開。巴斯光年他原本以為將重新回到往昔快樂時光，不料卻陷入一陰謀之中…?
