Câu chuyện bắt nguồn từ cuộc va chạm giữa Lightning McQueen và một dòng xe đua thế hệ mới đã thay đổi hoàn toàn số phận của anh. Bị chấn thương nặng, McQueen bắt đầu tự hỏi liệu mình còn vị thế trong môn thể thao đua xe hay không. Mọi hy vọng dường như đã tan biến cho đến khi anh gặp được Cruz Ramirez, một nữ kỹ thuật viên trẻ tuổi với niềm đam mê vô hạn đối với đua xe. Nhờ vào sự khẩn trương và tinh thần quyết tâm không bao giờ chịu thua, cùng với sự truyền cảm hứng từ Fabulous Hudson Hornet, McQueen đã quyết định thay đổi cuộc sống của mình để chứng minh rằng #95 vẫn còn khả năng giành chiến thắng trong cuộc đua Piston Cup. Cuộc đua không chỉ giúp McQueen tái hiện lại vinh quang mà còn khẳng định rằng niềm đam mê và lòng kiên trì sẽ luôn là chìa khóa cho mọi thách thức.