ไลท์นิ่ง แม็คควีน (โอเว่น วิลสัน) และ เมเทอร์ (แลร์รี่ เดอะ เคเบิล กาย) เดินทางสู่โตเกียวเพื่อเข้าแข่งขันรายการ เวิลด์ กรังด์ปรีซ์ ที่จัดขึ้นเป็นครั้งแรกของโลก เพื่อที่จะหารถที่วิ่งเร็วที่สุดในโลก แต่ทว่าเมเทอร์ต้องต้องปฏิบัติสุดยอดภารกิจของเขาในฐานะซูเปอร์สปายสายลับระดับโลก เมเทอร์ต้องแยกร่างระหว่างการช่วยเหลือ ไลท์นิ่ง แม็คควีน ในการแข่งขันระดับโลก และภารกิจลับสุดยอดที่มอบหมายโดย ซูเปอร์สปายสายลับขั้นเทพจากสหราชอาณาจักร ฟินน์ แมคมิซซายล์ (ไมเคิล เคน) และสายลับฝึกหัด ฮอลลีย์ ชิฟท์เวล (เอมิลี่ มอร์ติเมอร์) การผจญภัยสุดระทึกของเมเทอร์ได้พาเขาไปสู่การขับรถไล่ล่าบนถนนในญี่ปุ่น และ ยุโรป ที่พ่วงท้ายมาด้วยเพื่อนๆของเขาและทั่วทั้งโลกที่เฝ้าจับตาดูอยู่ ความสนุกแบบไฮ-สปีดกับเหล่าตัวละครรถยนต์แบบใหม่ๆมากมาย ที่จะต้องพิชิตทั้งเหล่าวายร้ายและคู่แข่งในการแข่งขันระดับโลก