Zygzak McQueen trzy razy wygrał wyścig Piston Cup Championship w Kalifornii. Nadal mieszka w Chłodnicy Górskiej przy autostradzie 66, przyjaźni się ze Złomkiem i pozostałymi autami. Otrzymuje propozycję udziału w pierwszym wielkim światowym Grand Prix, podczas którego ma zostać wyłoniony najszybszy samochód świata. Zawody odbywają się w Japonii i kilku krajach Europy. W podróży towarzyszy mu wierny kumpel Złomek, który nie ma obycia w świecie i zaczyna irytować McQueena. W dodatku Złomek zostaje wzięty przypadkowo za amerykańskiego tajnego agenta. Wraz z brytyjskim szpiegiem Seanem McMission wpada na trop spisku związanego z wyścigami. Tymczasem Zygzak musi sobie dać radę z groźnymi sportowymi przeciwnikami, z zadufanym Francesco Paltegummim na czele.