Un Andy ya crecido ingresa a la universidad y sus juguetes, incluidos Woody y Buzz, se van a guardar en el ático dentro de un baúl. Pero accidentalmente son tirados y recogidos por los basureros, los cuales los envían a una guardería, donde deben tratar de sobrevivir de descuidados niños de pre-escolar.

Woody intenta salvar a sus amigos y encontrarles un nuevo hogar, pero las cosas se complican aún más cuando Buzz se daña durante un intento de fuga. Los juguetes al arreglar a Buzz, provocan que vuelva a creer que es un "Guardián Estelar", para gran incomodidad de los otros juguetes.