Los años han pasado y Andy (John Morris) se ha hecho mayor y pronto ira a la universidad. Aunque los juguetes están nostálgicos por no volver a jugar con su dueño, no están preocupados porque esperaran pacientes en cajas en el desván a que la próxima generación juegue con ellos.
Pero por un error de la madre de Andy (Laurie Metcalf) el vaquero Woody (Tom Hanks) es metido en la caja de juguetes que iban a donar a la guardería Sunny Side. El resto de juguetes liderados por Buzz Lightyear (Tim Allen) irán a rescatar a Woody, pero una vez allí descubrirán que en la guardería regentada por el oso de peluche Lotso (Ned Beatty) no todo es lo que parece.
