閃電麥坤(Lighting McQueen)自從贏得活塞盃之後便成為賽車界的超級巨星，繼續參加各種賽車比賽。這次他拿了第四個活塞盃冠軍，回到油車水小鎮見見老朋友，本想要就此放自己一個大假，沒想到他又受邀將跨出美國國門，周遊世界。麥坤為了不辜負油車水小鎮朋友們，只好放棄假期，與他的團隊將輾轉到五個國家，參加F1賽車等重大的賽事。

不過，這次環遊世界的比賽，還帶上從未出國過的拖線(Mater)一起出門，拖線終於有機會出國旅遊，覺得大開眼界，不過也因此鬧了不少笑話。而這次旅行，拖線陰錯陽差救了英國秘密特務，而被人錯當成超級特務，捲入了麻煩之中。

這次他們從美洲到亞洲再到歐洲，橫跨三洲，將尬遍天下無敵車，更多精采的賽車實況以及緊張刺激的諜匪情節，將會考驗閃電麥坤的賽車技術與拖線的友情。