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，他们必须要在那儿想办法面对一群调皮且粗鲁的学龄前小孩。胡迪打算要带领他的朋友们逃离托儿所，并为自己和他们找到一个新的安身之处。但巴斯光年在一次尝试逃离的行动中受到了损伤，使得整件事情变得更复杂了...