Der Rennsport wandelt sich, eine neue Generation moderner Rennwagen erobert die Strecke - allen voran Jackson Storm. Gegen diesen technisch überlegenen Newcomer hat Lightning McQueen keine Chance. Gehört er schon zum alten Eisen? Im letzten Rennen der Saison passiert es dann: Lightning überanstrengt sich und hat einen Unfall. Karosserie und Motor können zwar repariert werden, doch nur mit Hilfe seiner Freunde kommt der ehemalige Champ auch mental wieder auf die Reifen.
Aber wie kann er den blitzschnellen Jackson Storm besiegen? Kann ihn die neue Trainerin Cruz Ramirez zurück in die Spur bringen?