Desde la última vez que los vimos, Buzz (con la voz de Tim Allen) y Woody (Tom Hanks) se han hecho muy buenos amigos, y Andy (John Morris) ha seguido demostrando su afecto por ellos por igual. Juntos, el dúo dirige a su devota familia de juguetes —el cerdito ahorrador Hamm (John Ratzenberger), Mr. Potato Head (Don Rickles), Slinky Dog (Jim Varney), Rex de extremidades cortas (Wallace Shawn), Bo Peep (Annie Potts), Sarge (R. Lee Ermey) y su Ejército Verde, y docenas de otros— ante cualquier obstáculo. Hasta que, eso sí, un brazo rasgado deja a Woody varado en el desierto polvoriento de la repisa superior de Andy. Mientras sus compañeros juguetes intentan convencerlo de volver, Woody se da cuenta de que una vieja amiga, Wheezy la Pingüina Deslizable (Joe Ranft), está a punto de encontrarse con su destino en una venta de garaje. Apresurándose afuera para rescatar a su amigo condenado, el vaquero de deber es visto y robado por un codicioso coleccionista de juguetes (Wayne Knight) desesperado por completar una invaluable colección de cuatro figuras. Cuando llega al apartamento del hombre, sin embargo, poco a poco empieza a sentir afecto por Jessie la Vaquero que Aúlla (Joan Cusack), Stinky Pete el Prospector (Kelsey Grammer) y Bullseye el Fidigno Corcel, tres muñecos con temática vaquera que le dicen a Woody que fue creado a partir de una famosa marioneta de una popular serie de la TV de los años 50; una que produjo una tirada limitada de muñecos cada vez más raros antes de ser cancelada. Mientras Woody lucha por elegir entre la inmortalidad en un museo con su nueva familia y su lealtad menguante hacia Andy, Buzz monta un rescate audaz, guía a sus compañeros juguetes hacia la tienda del coleccionista y se enfrenta a mucho más problemas de los que esperaba.