Всё, игры в догонялки в захолустном Радиатор-Спрингс закончились, и «Тачки-2» теперь играют по-взрослому! Это не просто гонка симпатичных суперкаров, а борьба двух видов топлива за мировой рынок.

Гоночный автомобиль Молния МакКуин — звезда мирового уровня, и уже четвёртый раз привозит домой Кубок Большого Поршня. Правда, на соревнования он ездит без своего старого друга и помощника Мэтра. Не успев отдохнуть, МакКуин принимает вызов и отправляется в Токио, чтобы участвовать в мировом гран-при.

Участники заезда пробуют новое топливо, чтобы доказать его преимущество и навсегда распрощаться с вонючим бензином. На этот раз МакКуин берёт с собой Мэтра, о чём вскоре пожалеет. Но друг есть друг, его не выбирают, поэтому не стоит пытаться замазать ржавчину на его кузове и тюнинговать его плохие манеры. Да и скучно с идеальными друзьями, так что остаётся любить их вместе с их коррозией и странностями.

Расстроенный Мэтр не вовремя въезжает в туалет, чтобы поменять масло, и становится свидетелем избиения секретного американского агента подозрительными тачками.
Тем временем агент незаметно подсовывает Мэтру чип с информацией, а сам отправляется на свалку. Не подозревая, что у него в кузове спрятан радиомаяк и файл с фотографией босса нефтяной мафии, Мэтр въезжает в очередные неприятности.

Тем временем на втором этапе гонок в Италии продолжают странным образом воспламеняться двигатели суперкаров.

А Мэтр внедряется в русскую мафию (под именем Иван) и становится личным эвакуатором босса. Мэтр-Иван попадает на сборище преступных (и допотопных) тачек.

Старые развалюхи, или вёдра с гвоздями, как их дразнят современные машины, решают отомстить обидчикам.

И тут в Лондоне начинается последняя гонка, во время которой у МакКуина должны были случиться проблемы. Однако и с проблемами всё не так гладко.

На этом этапе действие мультфильма набирает реактивную скорость, и лучше, короче говоря, вам самим посмотреть. Сюжет не по-детски заковыристый, и к середине вы уже не можете понять, кто за кем гоняется и кто главный негодяй. Но главное, шутки приколиста Мэтра на месте, антропоморфные самолёты и корабли, ну и сами гонки — тоже. Главное, всё закончится хорошо!