自从牛仔伍迪成功救回巴斯光年之后，他一直与伙伴们在小主人安迪的家中过着快乐无忧的生活。然而，在一次小主人前往夏令营时，伍迪因为破损老旧而无奈被留在了家中。孤零零待在房间里的伍迪，意外被一位狂热的玩具收藏家相中。收藏家认定他是近代最具代表性的稀有玩具，竟偷偷将其带走，打算安置在颇富盛名的当代文化博物馆内作为展品供人瞻仰。得知伍迪失踪后，家中的玩具们心急如焚。巴斯光年毅然自告奋勇，带领伙伴们踏上了寻找伍迪的冒险之旅。然而，当他们历经千辛万苦终于在展览馆找到伍迪时，面对 museums 里备受瞩目的待遇以及自己未知的身世，伍迪却开始犹豫是否还要回去过那种平凡的生活。站在荣耀与牵挂的十字路口，他似乎不再愿意回到小主人的身边……
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