Jessie è terrorizzata che la sua bambina, Bonnie, la abbandoni come avevano fatto a suo tempo l'amata Jennifer e poi Andy, perché quando i bambini crescono accantonano i giocattoli che avevano "da piccoli". Ma adesso è arrivata una nuova, inattesa rivale: la tecnologia, che attraverso mille dispositivi ruba il tempo ai giovanissimi e impedisce loro di continuare a giocare nella realtà. L'era dei giocattoli sembra dunque proprio tramontata, e gli amici di Jessie - da Rex a Dollie, da Slinky Dog a Mr e Mrs Potato - temono un imminente destino di estinzione. Quando i genitori di Bonnie le regalano un tablet, Jessie si vede perduta e chiede l'aiuto di Woody e Buzz, nonché di tutti gli altri amici di sempre, a partire dal fido destriero Bullseye. Nel frattempo da un container escono decine di Buzz Lightyear che individuano in Jessie e la sua stella da sceriffa il comando stellare che sono destinati a incontrare. E il Buzz originario cerca il momento giusto per chiedere a Jessie di unirsi a lui per sempre.