Tähtikilpuri Salama McQueen ja hinausauto Martti joutuvat jännittäviin seikkailuihin uudessa tarinassa, joka vie heidät merten taakse kisaamaan kaikkien aikojen ensimmäiseen Grand Prix'hin. Tie mestaruuteen on täynnä kuoppia, umpikujia ja yllätyksiä, kun Martti tempautuu omaan seikkailuunsa kansainvälisten vakoojien parissa. Martin on valittava, avustaako se Salamaa isossa kisassa vai ryhtyykö se agentiksi huippusalaiseen tehtävään. Hinausauton matka vie huimaan takaa-ajoon Japanissa ja Euroopassa, mutta pelastuuko maailma?