Flash McQueen, la star des circuits automobiles, et son fidèle compagnon Martin la dépanneuse reprennent la route pour de nouvelles aventures. Les voilà partis pour courir le tout premier Grand Prix Mondial, qui sacrera la voiture la plus rapide du monde ! Mais la route du championnat est pleine d'imprévus, de déviations et de surprises hilarantes, surtout lorsque Martin se retrouve entraîné dans une histoire comme il n'en arrive qu'à lui : une affaire d'espionnage international !