Zygzak McQueen, trzykrotny zwycięzca wyścigu Piston Cup Championship w Kalifornii, nadal mieszka w Chłodnicy Górskiej przy autostradzie 66. To właśnie tam utrzymuje przyjaźnie ze Złomkiem i innymi autami. Jego życie nabiera nowego tempa, gdy otrzymuje propozycję udziału w pierwszym wielkim światowym Grand Prix, które ma wyłonić najszybszy samochód świata. Zawody odbywają się w Japonii oraz w kilku krajach Europy. Podczas międzynarodowej podróży towarzyszy mu jego wierny przyjaciel Złomek, którego niewiedza o świecie zaczyna irytować McQueena. Wspólnie z brytyjskim szpiegiem Złomek odkrywa spisek związany z wyścigami. Tymczasem Zygzak musi zmierzyć się z silnymi rywalami na torze, w tym z aroganckim Francesco Paltegummi.