Lightning McQueen ist ein alter Hase im Rennzirkus – für manch einen schon zu alt und die Frage kommt auf, wann er seine aktive Karriere beendet. Doch vom Ruhestand will der rote Rennwagen nichts wissen, vielmehr steckt er sich ein neues ehrgeiziges Ziel. Er will das Rennen „Florida 500“ gewinnen und den Jungspunden zeigen, dass er immer noch das Zeug zum Sieger hat. Doch vor allem der blitzschnelle Newcomer Jackson Storm ist für Lightning McQueen ein ernstzunehmender Gegner und mit etlichen technischen Spielereien ausgestattet, über die McQueen nicht verfügt. Und so holt er sich Hilfe von der jungen Renntechnikerin Cruz Ramirez: Sie soll ihn trainieren und ihm die neuesten Tricks aus dem Rennzirkus beibringen. Und sie hat auch schon ein paar Ideen, wie sie Lightning zurück in die Spur helfen kann...