ในช่วงเวลาระหว่างที่แอนดี้ไปเข้าค่ายฤดูร้อน วู้ดดี้ถูกอัล นักสะสมของเล่นจอมละโมบขโมยไป เพื่อเก็บให้ครบชุดคอลเล็คชั่นราวด์อัพแก๊ง ซึ่งกลายเป็นของหายากในเวลานี้ วู้ดดี้ พร้อมด้วยเจสซี่ บูลส์อาย และคุณลุงนักขุดทอง สติงกี้ พีท กำลังจะได้ไปอยู่ในพิพิธภัณฑ์ที่ญี่ปุ่น ซึ่งวู้ดดี้จะได้ใช้ชีวิตที่เหลือทั้งหมดของเขาในตู้กระจกไปตลอดกาล มันขึ้นอยู่กับบัซ ไลท์เยียร์, มิสเตอร์โปเตโต้เฮด, แฮม เร็กซ์ และ สลิงกี้ ด็อก ที่จะช่วยเพื่อนเขากลับมาและย้ำเตือนสติวู้ดดี้ ว่าการเป็นของเล่นที่แท้จริงนั้นคืออะไร ภารกิจช่วยชีวิตเพื่อนรักจากการถูกส่งตัวไปพิพิธภัณฑ์ของเล่น ซึ่งพวกเขาต้องผ่านเรื่องราวอันแสนยุ่งเหยิงครั้งแล้วครั้งเล่า เพื่อที่จะพาวู้ดดี้กลับบ้าน ก่อนที่แอนดี้จะกลับมาจากค่าย และได้เพื่อนใหม่ คือ เจสซี่ และ ม้า บุลส์อาย