Woody, Buzz ve tüm arkadaşları geri döndü. Sahipleri Andy, üniversiteye gitmek için hazırlandığında, sadık oyuncakları kendilerini bir çocuk kreşinde bulurlar. Burada hırçın, çocuklar ile karşı karşıya kalırlar. Dolayısıyla, hepsi bir arada ve birlikte hareket etmek zorundadırlar. Bu macerada Barbie'nin erkek versiyonu Ken, tiyatrocu bir kirpi olan Bay Dikenpantolon ve pembe, çilek kokulu bir ayıcık olan Kucaklamacık Ayı da onlara katılır. Ancak, kaçışları için plan yaparken, çocuk kreşinin daha fazla gizemini ve heyecanını keşfetmeye başlarlar. Kreşteki diğer oyuncaklar arasında yeni dostluklar kurarlar ve sıradışı maceralara atılırlar.

Andy, yaz kampındayken Woody, hırslı bir koleksiyoncu ve "Al'ın Oyuncak Ahırı"nın sahibi olan Al tarafından kaçırıldı! Bu kurtarma operasyonunda Buzz ve arkadaşları Bay Patates Kafa, Yaylı Köpek, Rex ve Hamm, Woody'yi bir müze parçası olarak son bulmadan önce kurtarmak için harekete geçtiler. Onu Japonya'da satılmaktan kurtarmak için bir yol bulmalılar, aksi takdirde onu bir daha asla göremeyeceklerdi! Buzz ve arkadaşları, Woody'nin izini sürmek için Al'ın Oyuncak Ahırı'na gizlice girdiler. Orada, Al'ın koleksiyonunda kaybolmuş diğer oyuncaklarla karşılaştılar. Oyuncaklar, Woody'nin kurtarılmasına yardım etmek için bir araya geldi.

Woody ve Buzz kaybolurlar. Andy'nin taşınmadan önce ona geri dönmeleri gerekmektedir. Ancak, oyuncak katili olan Sid Phillips'i aşmaları gerekecektir. Woody ve Buzz, maceralı bir yolculuğa çıkarlar. Yolda, farklı oyuncak karakterleriyle tanışır ve bu karakterlerin kendilerini kabul etmelerini sağlamak için çeşitli zorluklarla karşılaşırlar. Aynı zamanda, Andy'yi bulabilmek için birlikte çalışmak zorundadırlar, çünkü gerçekten de sadece birlikte hareket ederek başarılı olabilirler. Zorlu bir yolculukta, Woody ve Buzz, birbirlerine saygı duymayı ve arkadaş olmayı öğrenirler. Bu, onları Andy'nin kalbine geri dönmek için gerekli olan güçlü bir takım yapar.

Andy'nin oyuncakları yine birlikte büyük bir maceraya atılıyorlar. Bu sefer, yaz tatili için yola çıkmışlar, fakat hiçbir şey planlandığı gibi gitmiyor. Oyuncaklardan biri yolda kayboluyor ve diğerleri kendilerini bir otoyol kenarındaki eski bir otelde buluyorlar. İşte burada, gizemli bir şekilde kaybolan arkadaşlarını bulmak için zorlu bir göreve başlamak zorundalar. Oyuncaklar, otelde gittikçe tuhaf olaylarla karşılaşmaya başlar. Eski bir oyuncak koleksiyoncusu olan otel sahibi, onları gizemli bir olayın içine çeker. Otelin koridorlarında dolaşan garip sesler, oyuncakları korkuturken, her geçen saat kaybolan oyuncaklarının geri dönme ihtimali azalmaktadır.

Woody, Buzz Lightyear ve diğer arkadaşları, Bonnie ve yeni oyuncakları Forky ile birlikte heyecan dolu yolculuğa çıktılar. Macera dolu bu yolculuk, Woody'nin küçük bir sapma ile uzun zamandır kayıp olan arkadaşı Bo Peep'e rastlamasıyla beklenmedik bir buluşmaya dönüştü. Woody ve Bo, eski günleri konuşurken, oyuncak olarak hayattan ne istedikleri konusunda iki farklı dünyada olduklarını fark etmeye başladılar. Woody ve Bo, eski günlerde paylaştıkları anıları ve maceraları hatırladıkça, kendilerini daha büyük bir serüvenin içinde buldular. Bonnie'nin yanı sıra Forky, Buzz ve diğer oyuncaklar da maceraya katıldılar.