Flash McQueen est dépassé par des voitures bien plus rapides que lui, ce qui cause sa mise à l'écart de la Piston Cup. Il va toutefois tenter de reprendre la route avec l'aide d'une jeune mécanicienne du nom de Cruz Ramirez. Leur objectif : prouver qu'il a toujours sa place dans la Piston Cup et tenter de la remporter une nouvelle fois.