Relâmpago McQueen, a sua equipa e novas personagens percorrem o mundo na Corrida dos Campeões (World Grand Prix), que decorrerá em cinco países diferentes: Japão, Alemanha, Itália, França e Inglaterra. No entanto, Mate, envolvido numa confusão de identidade, salva a vida de um agente secreto britânico, Aston Martin, chamado Finn McMissile, e acaba envolvido num esquema de espionagem que dura 24 horas.