Raig McQueen i el seu amic, la grua Mat, viatgen a l'estranger per participar en el primer Campionat Mundial en el qual es decidirà quin és el cotxe més ràpid del planeta. La primera escala és Tòquio (Japó), on Mat haurà de convertir-se en un espia secret al veure's embolicat inesperadament en un cas d'espionatge internacional, que ho portarà a París i a Londres. També viuran una aventura de proporcions èpiques en viatjar a Porto Corsa (Itàlia), per disputar el Campionat. No obstant això, els dos hauran de renunciar als plaers de la Riviera italiana -iots, platges i pasta al pesto- ja que Mat està molt ocupat amb la seva labor d'espia, mentre que McQueen competeix contra els millors cotxes del món.