De legendarische Lightning McQueen staat opeens aan de kant bij de sport waar hij gek op is. Hij is op een zijspoor gezet door een nieuwe generatie supersnelle racers. Om weer terug te kunnen komen, heeft hij 3 dingen nodig: de hulp van een enthousiaste jonge mecanicien die zo haar eigen ideeën heeft om te winnen, inspiratie van de Fabulous Hudson Hornet en een paar onverwachte wendingen. Nummer 95 wil bewijzen dat hij nog steeds meetelt, en de Piston Cup stelt de kampioen op de proef op het mooiste racepodium dat er is!