Woody, Buzz, dan mainan Andy lainnya lama tidak dimainkan. Dengan Andy pergi ke kampus, mereka menemukan bahwa mereka tidak sengaja tertinggal di penitipan anak yang kejam. Para mainan harus bersatu untuk melarikan diri dan kembali ke Andy.

Seorang penjahat video game ingin menjadi pahlawan dan bertekad untuk mewujudkan mimpinya, namun pencariannya membawa malapetaka ke seluruh arcade tempat dia tinggal.

Selama acara bermain setelah Natal, geng tersebut menemukan diri mereka di wilayah yang belum dipetakan ketika sekumpulan figur aksi paling keren yang pernah ada ternyata sangat delusi. Semuanya tergantung pada Trixie, si triceratops, jika geng tersebut berharap untuk kembali ke kamar Bonnie dalam Toy Story That Time Forgot ini.