Saetta McQueen ha un nuovo rivale: è Jackson Storm, un'auto da corsa di ultima generazione allenata su simulatori di gara avanzatissimi. Il consenso generale è che per Saetta sia arrivata l'ora di appendere i pneumatici al chiodo e ritirarsi in buon ordine, andando a raggiungere le vecchie glorie del passato. Mai come in questo momento ha bisogno dei consigli del suo mentore Doc Hudson e dell'amicizia di Cricchetto e Sally: ma se questi ultimi gli sono vicini, Doc è una presenza confinata nel cuore e nella memoria. Nuovi alleati però appariranno lungo la strada della rivincita, prima fra tutti Cruz Ramirez, una bravissima istruttrice che ha messo da parte il sogno di diventare pilota di gara perché tutti, a cominciare dal suo capo, l'hanno scoraggiata dal tentare.