《玩具总动员2》讲述了安迪的玩具们在主人即将去牛仔夏令营前后经历的一场营救冒险。出发前,牛仔警长胡迪的手臂被意外扯裂,只得留在家中,安迪妈妈则在院子里举办旧货拍卖。胡迪为救出因发声器损坏而被遗弃在货架上的企鹅吱吱,冒险溜进拍卖场,却被贪婪的玩具店老板艾尔认出并偷偷带走。在艾尔的公寓里,胡迪得知自己原来是上世纪五十年代电视节目《胡迪的牧场》的主角,是极具收藏价值的古董玩具,并结识了同一系列的女牛仔杰西、宝马红心和始终未拆封的矿工老头臭脸皮特。艾尔打算把整套玩具高价卖给日本东京的一家玩具博物馆,而没有胡迪这套收藏就不完整。杰西向胡迪倾诉自己曾被小主人艾米丽长大后抛弃的往事,令胡迪开始动摇:与其终有一天被安迪遗忘,不如在博物馆里被永远珍藏。与此同时,巴斯光年带领蛋头先生、弹簧狗、抱抱龙和火腿猪穿越马路,闯入艾尔的玩具店,途中遭遇配备新款腰带的另一个巴斯光年和宿敌札克天王,几经周折才找到公寓。胡迪起初拒绝回家,但在巴斯“玩具是为了被孩子玩耍而存在”的提醒下幡然醒悟,并邀请新伙伴一同回家。此时臭脸皮特露出真面目,原来他一直在暗中阻挠,只想进入博物馆。一行人追到机场,在行李传送带和即将起飞的飞机上惊险搏斗,胡迪和巴斯最终救下杰西,臭脸皮特则被塞进一个小女孩的背包。结局中,大家平安回到安迪家,安迪欣然接纳了新玩具,修好发声器的吱吱也高歌一曲,胡迪坦然接受了陪伴安迪成长、珍惜当下的选择。