Relâmpago McQueen, sua equipe e novos personagens; além de Mate, vão ao redor do mundo para a Corrida dos Campeões, que decorrerá em cinco países diferentes: Japão, Alemanha, Itália, uma corrida de 24 horas na França e Inglaterra. No entanto, Mate, envolvido em um caso de confusão de identidade, salva a vida de um agente secreto britânico: Aston Martin chamado Finn McMissile, e acaba se envolvendo numa trama de espionagem.