Nachdem Spielzeugcowboy Woody (Stimme im Original: Tom Hanks / auf Deutsch: Michael „Bully“ Herbig) und Space Ranger Buzz Lightyear (Tim Allen / Walter von Hauff) in den vergangen Jahren damit klarkommen mussten, dass ihr einstiger Besitzer Andy langsam immer älter wird und sich immer weniger für seine Kinderspielzeuge interessiert, befinden sie sich mittlerweile alle im Besitz von Andys kleiner Schwester Bonnie (Scarlett Spears / Madeleine Tanfal). Aber damit sind Woody und Co. längst noch nicht auf der sicheren Seite: Denn schon bald kommt ein neues Spielzeug ins Kinderzimmer, das dafür sorgen könnte, dass alle anderen Spielzeuge schnell in Vergessenheit geraten: Lilypad, ein Tablet in Form eines Frosches (Greta Lee / Laura Maire)! Schließlich kennt man das auch aus dem realen Leben: Sobald ein Screen erleuchtet, ist alles Analoge oft schnell vollkommen uninteressant. Finden Woody, Buzz & Co. trotzdem einen Weg, das Herz von Bonnie an allen Bildschirmen vorbei zurückzuerobern?