Völlig unvorbereitet wird der legendäre Lightning McQueen von einer neuen Generation rasend schneller Rennwagen aus dem Sport verdrängt, den er so liebt. Um wieder mithalten zu können, ist er auf die Hilfe der ehrgeizigen und jungen Renntechnikerin Cruz Ramirez angewiesen. Um Lightning zurück an die Spitze zu bringen, hat sie auch schon einen Plan ausgeheckt. Mit dem verstorbenen Doc Hudson als Vorbild und einigen unerwarteten Fahrmanövern will sie ihr Vorhaben umsetzen. Um zu beweisen, dass die Startnummer #95 noch nicht zum alten Eisen gehört, muss Lightning sein Kämpferherz auf der größten Bühne des Piston Cup Rennens unter Beweis stellen.
Lightning McQueen (Stimme im Original: Owen Wilson) ist ein alter Hase im Rennzirkus. Doch obwohl er von einer neuen Generation Rennwagen mehr und mehr ins Abseits gedrängt wird, will der rote Flitzer vom Ruhestand nichts wissen, vielmehr steckt er sich ein neues ehrgeiziges Ziel: Er will das Piston-Cup-Rennen gewinnen und den Jungspunden zeigen, dass er immer noch das Zeug zum Sieger hat. Doch vor allem der blitzschnelle Newcomer Jackson Storm (Armie Hammer) ist für Lightning McQueen ein ernstzunehmender Gegner und mit etlichen technischen Spielereien ausgestattet, über die McQueen nicht verfügt. Und so holt er sich Hilfe von der jungen Renntechnikerin Cruz Ramirez (Cristela Alonzo): Sie soll ihn trainieren und ihm die neuesten Tricks aus dem Rennzirkus beibringen. Und sie hat auch schon ein paar Ideen, wie sie Lightning zurück in die Spur helfen kann...
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