又是一年圣诞节到来，邦妮在摆放着圣诞树的房间里和伙伴们玩耍，玩具们乐得和小主人玩耍，但是三角龙崔茜（克里斯汀·沙尔 Kristen Schaal 配音）似乎对自己不被当作恐龙看待多有不满。少顷，妈妈喊邦妮一起去梅森家过节，邦妮匆匆将伍迪、巴斯光年、雷克斯、崔茜以及新来的天使Kitty猫塞入包中后出发。到了梅森家，邦妮惊讶地发现这个男孩正沉湎于电子游戏中，稍作迟疑后，她便将书包丢到了梅森的玩具房。伍迪他们爬了出来，发现这里仿佛是失落了已久的玩具世界。未过多久，他们进入了一个全部由恐龙战士组成的王国。以恐龙将军（凯文·麦克基德 Kevin McKidd 配音）为首的战士们脑子里只有战斗和侵略，似乎忘记了作为玩具的使命。
在一个本应平和的日子里，美国队长（罗杰·克莱格·史密斯 Roger Craig Smith 配音）和钢铁侠（Adrian Pasdar 配音）两个好友彼此角力，互不服输，但彼此的友情也在这一过程中得到见证。另一方面，野心勃勃的红骷髅（Liam O'Brien 配音）绝不甘心此前的败绩，他雇来掌握了复仇者联盟超级英雄们全部技能的模仿大师（Clancy Brown 配音），发誓要彻底摧毁美国队长和钢铁侠这两个难缠的对手。按照之前的计划，一队九头蛇士兵入侵斯塔克的飞船，盗走了威力强大的斥力加农炮；与此同时，美国队长遭遇模仿大师，最终成为对方的俘虏，面临着被红骷髅转化的厄运。 在红骷髅的阴谋驱使下，一对昔日好友成为了正邪死敌…
