Surpris par la nouvelle génération de voitures de course ultra-rapides, le légendaire Flash McQueen est soudainement évincé du sport qu'il aime tant. Afin de revenir dans le coup, il demande l'aide de Cruz Ramirez, une jeune technicienne de course enthousiaste qui a son propre plan pour remporter la victoire en plus de s'inspirer du regretté fabuleux Doc Hudson, et prend quelques détours inattendus en cours de route. Prouver que le #95 n'est pas encore déchu mettra à l'épreuve le talent du champion lors du plus grand événement du Championnat de la Piston Cup.