自从上次牛仔伍迪成功救回巴斯光年之后，他便与其他玩具们一同在小主人家中过着快乐而平静的生活。一次，小主人出门参加夏令营，伍迪因为玩偶破损陈旧而遗憾未能同行。然而，留在家的伍迪却意外被一个玩具收藏家相中，对方认定他是近代最具代表性的稀有玩具，竟将其偷偷带走，打算放置于颇富盛名的文化博物馆内进行展览。另一边，小主人家的玩具们对伍迪的失踪忧心忡忡，巴斯光年毅然自告奋勇，带领伙伴们踏上了寻找伍迪的营救之旅。但是，当玩具们历经艰险终于在展览馆找到伍迪时，面对着博物馆内备受瞩目的聚光灯与不老的荣光，伍迪却开始犹豫，他似乎不再愿意回去过那作为平凡玩具的琐碎生活……
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