Sterrenracewagen Lightning McQueen en de onvergelijkbare takelwagen Mater tillen hun vriendschap naar opwindende nieuwe hoogten wanneer ze naar het buitenland reizen om mee te dingen naar de allereerste World Grand Prix om de snelste auto ter wereld te bepalen. Maar de weg naar het kampioenschap zit vol kuilen, omleidingen en hilarische verrassingen wanneer Mater verstrikt raakt in een intrigerend eigen avontuur: internationale spionage.