2009年，美国货轮“马士基・阿拉巴马”号在船长理查德・菲利普(汤姆・汉克斯 Tom Hanks 饰)的带领下执行在非洲角区域的货物运输任务。该次任务的航线途径海盗猖獗的索马里地区海域。虽然菲利普船长和船员都进行过抗击海盗的训练和演*，但是他们完全没有料到在启程不久就遭遇了四名索马里海盗的登船袭击。菲利普船长在保护船员和货物的搏斗中不幸被海盗劫为人质并带离货船。美国海军等部门接到情报后立即展开大规模营救菲利普船长的行动。本片根据真实事件改编。这是*200年以来美国船只首次遭到海盗的劫持。
距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪(约翰・莫里斯 John Morris 配音)变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前，伍迪(汤姆・汉克斯 Tom Hanks 配音)与巴斯光年(蒂姆・艾伦 Tim Allen 配音)等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……
