Il film si concentra sul conflitto tra i giocattoli tradizionali e la crescente dipendenza dei bambini dalla tecnologia digitale. La storia vedrà Woody, Buzz, Jessie e gli altri protagonisti alle prese con questa nuova minaccia, con Jessie che prende il comando della stanza di Bonnie e la battaglia che si accende contro un tablet a forma di rana chiamato Lilypad, riportando Woody al centro della narrazione. A complicare ulteriormente le cose ci sarà un esercito di Buzz Lightyear bloccati in modalità giocattolo, che creeranno scompiglio.