La estrella de los coches de carrera, "Rayo" McQueen, y la incomparable grúa Mater, llevan su amistad hacia emocionantes destinos en “Cars 2”, cuando cruzan el océano para participar en el primer “Grand Prix Mundial”. Allí se determinará cuál es el automóvil más velóz de todo el mundo.
Pero el camino hacia el campeonato se llena de baches, desvíos y desopilantes sorpresas cuando Mate se ve atrapado en una misteriosa aventura de espionaje.
Ante la disyuntiva de ayudar a "Rayo" McQueen en la carrera o actuar en la misión de espionaje ultrasecreta, el viaje de Mater lo conduce a una persecución explosiva a través de las calles de Japón y de otros países europeos, acompañado por sus amigos .
Además, a esta acelerada diversión se agrega un colorido reparto de nuevos coches, entre los que se incluyen los agentes secretos y amenazadores villanos.