Durante mais uma disputa eletrizante nas pistas, o campeão Relâmpago McQueen acelerou demais e acabou perdendo o controle. Agora, após ter capotando várias vezes e quase ter partido dessa para melhor, o vermelhinho vai ter sua vida alterada para sempre. O acidente foi tão grave que, com os estragos, McQueen pode ter que se aposentar de vez.

O astro das corridas, Relâmpago McQueen, e o carro-guincho, Mate, viajam para disputar o primeiro Grand Prix Mundial, que irá revelar o carro mais veloz do planeta. Nessa jornada imperdível, Mate se envolve com um grupo de espionagem e vive grandes aventuras com seus amigos.