Действие мультика разворачивается через несколько лет после событий предыдущей части. Энди уже вырос и собирается уехать в колледж, оставляя позади игрушки, которые были его верными спутниками на протяжении многих лет. Это вызывает у всех кукол огромный стресс и смятение. Они боятся, что их выбросят на мусор или оставят без внимания, что для них является настоящей трагедией.
Вуди, Базз Лайтер, Мистер Картофельная голова, Рекс, Хэмм и другие игрушки, полные надежд, мечтают о том, чтобы попасть в коробку для хранения, чтобы их можно было использовать в будущем. Однако в результате недопонимания куклы относятся в детский сад «Солнце», считая, что там они смогут найти новую любящую семью.
Однако, как только они попадают в заведение, они сталкиваются с суровой реальностью: игрушечные предметы там подвергаются жестокому обращению и используются исключительно как средство развлечения для маленьких детей, которые не умеют играть бережно. Главой детского сада является опытный «жизнелюбивый» медведь по имени Лотсо, который в начале кажется дружелюбным, но на самом деле скрывает недобрые намерения и манипулирует другими персонажами.