距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯 John Morris 配音）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，伍迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）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……
田中真弓 大谷育江 冈村明美 中井和哉 山口胜平 平田广明 山口由里子 矢尾一树 岛田敏 沼田祐介 乃村健次 小野健一 青野武 藤本隆弘 金光祥浩 织田优成 冈本宽志 松本考平 中山真奈美 中尾良平 森岳志 田中大文 安田早希 齐藤贵美子 井上美纪 大场真人 野泽雅子 牛山茂
三石琴乃 福圆美里 野岛健儿 金元寿子 佐藤利奈 小清水亚美 伊藤静 皆川纯子 大原沙耶香 前田爱 藤井雪代 广桥凉 村田太志 中川翔子 井上麻里奈 早见沙织 佐仓绫音 北川景子 水树奈奈 林原惠美
矢岛晶子 楢桥美纪 藤原启治 兴梠里美 小林爱 屋良有作 真柴摩利 林玉绪 一龙斋贞友 佐藤智惠 绪方贤一 山本圭子 上村典子 永岛由子 菅原淳一 江川央生 布目贞雄 羽佐间道夫 大塚周夫 纳谷六朗 玄田哲章 山路和弘 立木文彦 岛香裕 宇垣秀成 中岛聪彦 柳泽荣治 高濑右光 萤原彻 宫迫博之