در این انیمیشن خواهید دید که: جاسوس انگلیس ، فین مک میسیل برای نجات یک جاسوس دیگر به یک دکل نفتی متعلق به گروهی از اتومبیل های لیمو نفوذ می کند. او شاهد است که لیموها ، به ظاهر توسط پروفسور زونداپ ، هدایت می شوند ، یک ساطع کننده پالس الکترومغناطیسی را که با لباس مبدل دوربین به جعبه حمل و نقل است ، بارگیری می کنند. پس از فهمیدن مأمور مردی که برای نجات به آنجا آمده بود ، او فرار می کند و مرگ خود را جعل می کند.
لایتنینگ مک کوئین اکنون پس از مرگ اخیر استادش داک هادسون ، یک قهرمان چهار بار پیستون کاپ است و به رادیاتور اسپرینگز بازگشت. با این حال ، اتومبیل رانی فرمول ایتالیایی ، فرانچسکو برنولی ، مک کوئین را به مسابقه در گرندپری جهانی تازه ایجاد شده ، به رهبری خالق آن سر مایلز آکسلرود ، که قصد دارد سوخت جدید سازگار با محیط زیست ، آلینول را تبلیغ کند ، به چالش می کشد. مک کوئین و بهترین دوستش ماتر – به همراه لوئیجی ، گویدو ، فیلمور و سارژ – برای اولین مسابقه گرندپری عازم توکیو می شوند.
در یک رویداد تبلیغاتی گرندپری جهانی ، ماده پس از نشت روغن و خوردن یک کاسه واسابی ، صحنه ای را ایجاد می کند و باعث خشم مک کوئین می شود. هنگام تمیز کردن ، مادر درگیری بین جاسوس آمریکایی راد “تورک” ردلاین (که مک میسیل و شریک جدیدش هالی شیفتول سعی در ملاقات دارند) و لیموهای گرم و ایسر را قطع می کند. ردلاین اطلاعات خود را به ماتر می دهد. در همین حال ، Redline توسط پروفسور Zündapp اسیر شده و کشته می شود ، که نشان می دهد Allinol در اثر ضربه با نبض EMP ، احتراق می کند. Zündapp به رئیس خود ، مغز متفکر ناشناخته ، اطلاع می دهد که Redline اطلاعات وی را منتقل کرده است. هالی با اشتباه گرفتن Mater از Redline بودن و برای کمک به خنثی کردن نقشه Zündapp او را استخدام می کند.
در اولین مسابقه ، سه ماشین توسط دوربین مشتعل می شوند. مک کوئین پس از برنولی در جایگاه دوم مسابقه قرار گرفت ، به دلیل اینکه مادر به طور تصادفی به او مشاوره بد مسابقه داد در حالی که با کمک هالی و فین از دژخیمان زودندپ طفره رفت. مک کوئین به مادر برخورد می کند که هنگام تلاش برای بازگشت به رادیاتور اسپرینگ توسط فین ربوده می شود. آنها پس از سفر به پاریس برای جمع آوری اطلاعات بیشتر از دوست قدیمی فین ، تومبر ، به پورتوکورسا ایتالیا سفر می کنند ، جایی که مسابقه بعدی در آن برگزار می شود. در طول مسابقه ، ماده به جلسه مجرمان نفوذ می کند ، دقیقاً همانطور که از دوربین روی چند اتومبیل دیگر استفاده می شود و باعث جمع شدن چند ماشین می شود ، در حالی که مک کوئین اول می شود. به دلیل افزایش ترس از ایمنی Allinol ، Axlerod نیاز به استفاده از آن را برای مسابقه نهایی برطرف می کند. با این حال ، هنگامی که مک کوئین تصمیم به استفاده از آن می گیرد ، مجرمان قصد دارند مک کوئین را در مسابقه بعدی در لندن بکشند. این حرف ماتر را نشان می دهد و باعث می شود او جلوی خود را ببندد و به او ، فین و هولی اجازه می دهد که اسیر شوند.
ماتر ، فین و هولی را به بیگ بنتلی منتقل کرده و در آنجا بستند ، جایی که او به آنها اعتراف می کند که جاسوسی نیست که فکر می کنند هست. مادر می فهمد که دوربین روی مک کوئین کار نمی کند ، اما مجرمان به او می گویند که آنها به عنوان یک طرح پشتیبان ، بمبی را در چاله های او قرار داده اند و او را برای آزادی و فرار تشویق می کنند. فین و هالی کمی بعد فرار می کنند اما متوجه می شوند که بمب روی فیلتر هوای ماتر است. ماتر قبلاً به چاله ها رسیده بود که این حرف را به او گفتند ، بنابراین او در حالی که مک کوئین او را تعقیب می کرد به دنبال مسابقه فرار می کند تا از فوران زودهنگامش عذرخواهی کند. در حالی که پروفسور Zündapp قصد فرار داشت ، فین را دستگیر می کند. لیموترش های دیگر می رسند و تعداد آنها از فین ، هولی ، ماتر و مک کوئین بیشتر است ، اما به زودی با ورود سایر ساکنان رادیاتور اسپرینگ آنها نجات می یابند. ماتر و مک کوئین به کاخ باکینگهام می روند ، جایی که ماتر با مجبور کردن بمب ماتر ، اکسلرود را به عنوان مغز متفکر این نقشه نشان می دهد. مشخص شده است که Axlerod سرمایه گذاری های عمده ای در نفت خام داشته است ، اگر با شکست Allinol ایده سوخت دوستانه محیط زیست بی ارزش شود ، ارزش آن افزایش می یابد. پس از دستگیری Axlerod ، ماتر یک شوالیه افتخاری را از ملکه دریافت می کند. در پایان ، مک کوئین ماتر را می بخشد و به او اجازه می دهد در صورت انتخاب ، در همه مسابقات شرکت کند.
فیلمور هنگام بازگشت به رادیاتور اسپرینگ ها فاش می کند که Sarge سوخت مک کوئین را از Allinol به سوخت زیستی آلی خود تغییر داده و توضیح می دهد که چرا دوربین روی او کار نمی کند. “جایزه بزرگ رادیاتور اسپرینگز” با حضور همه مدعیان گرندپری جهان برگزار می شود. ماتر دعوت از فین و هالی برای رفتن به یک مأموریت دیگر را با انتخاب اقامت در رادیاتور اسپرینگز رد می کند. با این حال ، او مجاز است موشک های ویژه خود را نگه دارد و از آنها برای رسیدن به مک کوئین در مسابقه استفاده می کند. فیلم با سرعت مک کویین و ماتر پشت سر او درست زمانی که جت فین و هالی از راه دور پرواز می کنند به پایان می رسد.
