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傳統牛仔玩偶「胡迪」（Woody）是小屁孩安弟（Andy）最喜歡的玩具，可是熱門玩具「巴斯光年」來了之後讓胡迪失寵。胡迪為了要趕走巴斯卻反被其他玩具們唾棄，之後意外與巴斯一起陷入致命危機，兩個冤家的冒險之旅也由此展開。巴斯光年原本深信自己是要拯救地球的太空騎警，但他後來卻發現自己只是個玩具遂陷入沮喪

在《玩具總動員》之後的某天，主人安迪準備帶胡迪到牛仔俱樂部玩，但不慎將胡迪的胳膊縫線弄斷了，這讓胡迪十分憂鬱，擔心主人會將自己拋棄。不久，安迪的媽媽在家進行大掃除時準備將舊企鵝Wheezy扔掉，胡迪決定從院子把Wheezy拯救回來。當胡迪騎著小狗Buster將Wheezy救回時，自己卻被遺留在院子裡

自從十一年前玩具們所經歷的大冒險後，玩具們安然無恙的度過了好幾個年頭。轉眼間，玩具們的主人安弟已經成為一個青少年，也即將離家去展開他的大學生涯。胡迪與巴斯以及其他的玩具們也都人心惶惶，深怕這個他們內心最恐懼被丟棄的一天即將來臨。這一天，安弟的媽媽來到安弟的房間，詢問他將如何處置這些伴他渡過童年的玩具

胡迪的首要任務是照顧他的孩子，無論是安弟還是邦妮。但是當邦妮製造了一個不情願的玩具「叉奇」後，胡迪一行人再度面臨「新生玩具來臨」的議題。叉奇是邦妮現在最愛的玩具，但他卻不願意正視自己莫名而得的身分，試圖逃離並結束自己身為「玩具」的生命。在與胡迪一行人隨著邦妮一家踏上公路旅行中，叉奇成功地逃離並使胡迪

知名賽車閃電麥坤一向過著快如閃電般的生活，直到他發生意外，被困在66號公路邊荒涼的油車水鎮上。他在那裡認識了莎莉、拖線、韓大夫和一群搞笑的人物，他們幫助他瞭解到人生中重要的東西不只有獎盃和名氣。

當雲妮露所處的電玩世界機台──「甜蜜衝刺」的方向盤，被興奮玩樂的女孩們失控拔起，更糟糕的是──「甜蜜衝刺」已經不再生產零件，雲妮露的電玩世界將從此消失不見！破壞王決定要帶著雲妮露闖入網路世界，只為了去eBay買方向盤。 在熱鬧的網路世界，他們遇到各樣的網紅及動畫角色，有賽車遊戲「致命關頭」的賽車手與

聖誕節後，胡迪、巴斯光年與其他夥伴們發現自己被困在一個陌生的地方，週遭全是看起來凶狠的恐龍玩具兵團，大家必須團結一致，想辦法逃回邦妮的房間！

邦妮和他的家人趁著寒假期間，全家一起到夏威夷遊玩。玩具們很高興有個放鬆的機會，但芭比和肯尼希望能也去夏威夷遊玩，他們把自己裝進邦妮的書包裡，但邦妮還是將他們留下，帶著旅行箱前往夏威夷。正他們以為到了夏威夷時，胡迪告訴肯尼和芭比實情，肯尼對於不能去夏威夷感到驚恐和失望，芭比也拿出旅遊手冊，對胡迪表明他

描述Toy Story中的Rex被主人帶到不熟悉的浴室，在那裡遇見新玩具開泳池趴。

「銀河探險隊」是一齣早已停播多年的電視影集，對劇中的演員來說，參與該影集的演出只是一種養家活口的方式。 然而，對於誤將接收到的電視影集當成紀錄片的瑟米星球的人來說，這些演員卻成了拯救他們免於邪惡的薩瑞斯將軍毒手的希望，因而在該影集的懷舊年會上，將穿著戲服的昆西艦長、托妮副艦長 以及一干演員傳送到太空