모든 장난감들이 겪는 가장 슬픈일은 바로 주인이 성장해 더 이상 자신들과 놀아주지 않는 것. 우디와 버즈에게도 그 위기가 찾아온다. 앤디가 대학에 진학, 집을 떠나게 된 것. 헤어짐의 불안에 떨던 토이들은 앤디 엄마의 실수로 집을 나오게 된다. 이들은 우여곡절 끝에 탁아소에 기증되는 신세가 된다! 그런데 오 마이갓, 어린이집 애들이 장난 아니게 난폭하고 험하다. 그리고 상상도 못했던 거대한 음모까지 숨겨져있는 어린이집 장난감의 세계. 그러다 앤디가 여전히 자신들을 사랑한다는 사실을 알게 된 토이 군단은 앤디 곁으로 돌아가기 위해 생애 가장 큰 모험을 결심한다. 우디를 중심으로 똘똘 뭉친 토이들. 과연 이들의 위대한 탈출은 성공할 것인가!