Flash McQueen, la star des circuits automobiles, et son fidèle compagnon Martin la dépanneuse reprennent la route pour de nouvelles aventures. Les voilà partis pour courir le tout premier Grand Prix Mondial, qui sacrera la voiture la plus rapide du monde ! Mais la route du championnat est pleine d’imprévus, de déviations et de surprises hilarantes, surtout lorsque Martin se retrouve entraîné dans une histoire comme il n’en arrive qu’à lui : une affaire d’espionnage international ! Ecartelé entre son désir d’assister Flash McQueen dans cette course particulièrement difficile et celui de mener à bien une mission d’espionnage top secrète, Martin se lance dans un voyage bourré d’action et une course-poursuite explosive sur les routes du Japon et de l’Europe, suivi par ses amis et regardé par le monde entier. Sur la route, Flash et Martin trouveront de l’action, de l’humour effréné et de tout nouveaux personnages – agents secrets, redoutables méchants et adversaires décidés sur les circuits automobiles…