Legenda wyścigów Zygzak McQueen nadal mieszka w Chłodnicy Górskiej przy autostradzie 66 i przyjaźni się ze Złomkiem. Pewnego dnia niepokonany Zygzak otrzymuje kuszącą propozycję. Zostaje zaproszony do udziału w prestiżowych zawodach World Grand Prix, które mają wyłonić najszybsze auto świata. McQueen wyrusza w towarzystwie Złomka w pełną przygód podróż, podczas której zmierzy się z groźnymi rywalami, w tym z aroganckim Francesco Bernoullim. Jego kompan też nie będzie narzekał na nudę. Przypadek sprawi, że zostanie wzięty za szpiega.