安迪已经高中毕业了，即将成为大学生，而他的玩具，包括胡迪、巴斯光年都面临将要被放在阁楼上的命运。在他们被放到阁楼之前，却意外的被丢弃，并被一个清理垃圾的人所捡起。玩具们发现自己被带到了一个当地的日间托儿所，这里充满了各种各样的玩具，包括来自《玩具总动员》系列的其他角色。胡迪必须想尽办法找回巴斯光年，并带领其他玩具回到安迪身边。