Pasaron 10 años y Andy, ya ha crecido, ingresa a la universidad, y sus juguetes, incluidos Buzz y Woody, se van a guardar en el ático dentro de una bolsa. Pero accidentalmente son tirados de alguna manera y Woody los logra rescatar antes de que se los lleve el camión de basura, pero después la mamá de Andy los lleva a la guardería “Sunny Side” donde deben tratar de sobrevivir de descuidados niños de pre-escolar. Woody intenta salvar a sus amigos y hacerlos regresar con Andy antes de que se vaya a la universidad, pero las cosas se complican aún más cuando Buzz es secuestrado y reseteado por el malvado Lotso para ponerlo en contra de sus amigos, lo cuál provoca que vuelva a creer que es un “Guardián espacial”.