距上一次的冒险已经过去11个年头,转眼间安迪变成了17岁的阳光男孩。这年夏天,安迪即将开始大学生活,他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前,胡迪与巴斯光年等玩具一直期待安迪再和他们玩耍,但是随着岁月的流逝,他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴,于是准备将他们收在阁楼。谁曾想,妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪,于是愤然出走,宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。
伍迪尽力劝解大家,却收效甚微,只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光,不料却陷入一场阴谋之中……。11岁的小男孩托比是一个狂热的小发明家。一天,他遇见了正在寻找父母的机器人罗比,原来罗比一家的飞船遭遇了事故,罗比不幸和家人失散了,于是托比决心施以援手,两人成为了好朋友。为了方便搜寻,他们发明了一个既能航行,又能浮在水上,还能在路上行驶的飞行器——奇幻冒险者。然而心怀不轨的约书亚连同他的伙计紧随其后,想利用罗比和奇幻冒险者进行他们邪恶的计划,但友谊的力量之强大却让他们始料未及。。高中少女渚凛(杉本有美 饰)即将迎来16岁的生日,但是她却发现自己的身体正悄悄发生着变化。生日当天,凛受到强烈刺激,右手变成了削铁如泥的魔爪。仓皇回到家中的她从父亲洋二郎(津田寛治 饰)口中得知,自己竟是变异人“蛭子”的族人。接着她眼睁睁看着父母被隶属于日本政府的特种部队杀害。愤怒的凛唤醒了身体内的魔性,在家乡附近的商业街大开杀戒。此后凛遇到蛭子一族的美男子首领如月(坂口拓 饰)和高中女生玲(高山侑子 饰),如月发誓建立一支足以与人类抗衡的战斗少女部队,而玲正是这群蛭子女孩的战斗教练。种族战争一触即发……
本片分为三章,各由坂口拓、井口昇、西村喜廣三位导演执导。。