O astro das corridas Relâmpago McQueen (voz de Owen Wilson) e o incomparável guincho Mate (voz de Larry the Cable Guy) demonstram sua amizade em novos e emocionantes lugares em Carros 2. Eles atravessam o oceano para competir no primeiro World Grand Prix, que vai definir o carro mais rápido do mundo. Porém, o caminho até o título é repleto de armadilhas, dificuldades e surpresas hilariantes, principalmente quando o Mate entra em uma aventura própria: espionagem internacional.

Dividido entre ajudar Relâmpago McQueen na importante corrida e cumprir uma missão secreta como espião, Mate embarca em uma aventura explosiva e cheia de ação pelas ruas do Japão e da Europa, seguido por seus amigos e visto por todo o mundo. A diversão fica ainda maior com a chegada de mais personagens carros, que incluem agentes secretos, vilões ameaçadores e corredores internacionais.