หลังจากพ่ายแพ้ต่อเหล่านักแข่งไฟแรงรุ่นใหม่ ไลท์นิ่ง แมคควีนผู้เป็นตำนาน (ให้เสียงโดย โอเว่น วิลสัน) ได้หลุดออกจากวงการแข่งรถที่เขารัก การที่จะกลับเข้าไปสู่การแข่งขันได้อีกครั้ง เขาต้องการความช่วยเหลือจากช่างเทคนิครุ่นใหม่อย่าง ครูซ รามิเรซ (ให้เสียงโดย คริสเตล่า อลองโซ่) ด้วยแผนที่จะเอาชนะของเธอเอง บวกกับแรงบันดาลใจจาก ฮัดสัน ฮอร์เนท ยอดฝีมือผู้ล่วงลับ และเหตุการณ์ไม่คาดคิดอีกนิดหน่อย การพิสูจน์ว่าหมายเลข 95 ยังไม่จบง่ายๆ จะทดสอบหัวใจของแชมเปี้ยนในสนามแข่งที่ใหญ่ที่สุดของพิสตันคัพ