Desde a última vez que os vimos, Buzz (dublado por Tim Allen) e Woody (Tom Hanks) tornaram-se ótimos amigos, e Andy (John Morris) continua a demonstrar igual afeto por eles. Juntos, os dois lideram sua dedicada família de brinquedos — o cofrinho Hamm (John Ratzenberger), o Sr. Cabeça de Batata (Don Rickles), o Cão Slinky (Jim Varney), o Rex de membros minúsculos (Wallace Shawn), Bo Peep (Annie Potts), Sargento (R. Lee Ermey) e seu Exército Verde, e dezenas de outros — diante de qualquer obstáculo. Até que, isto é, um braço rasgado deixa Woody preso no desértico deserto da prateleira de cima de Andy. Enquanto seus colegas brinquedos tentam convencê-lo a desistir, Woody percebe que um velho amigo, Wheezy, o Pinguim Apito (Joe Ranft), está prestes a encontrar seu destino em uma feira de usados. Correndo para fora para resgatar seu colega condenado, o fazendeiro cowboy obediente é visto e pode ser roubado por um colecionador de brinquedos ganancioso (Wayne Knight) desesperado para completar uma coleção inestimável de quatro figuras. Quando chega ao apartamento do homem, porém, ele começa lentamente a gostar de Jessie, a Vaqueira Iá-Yodel (Joan Cusack), Stinky Pete, o Prospector (Kelsey Grammer), e Bullseye, o Cavalo Fiel, três bonecas com tema de caubói que lhe dizem que ele foi moldado a partir de uma marionete famosa de uma série de TV popular na década de 50; uma que produzia uma edição limitada de bonecas each cada vez mais raras antes de ser cancelada. Enquanto Woody luta para escolher entre a imortalidade em um museu com sua nova família e sua leal devoção a Andy, Buzz empreende um resgate audacioso, guia seus colegas brinquedos até a loja do colecionador e encara muito mais problemas do que esperava.