Энди уже 17 лет, и ему остаётся три дня до отъезда в колледж, в то время как его игрушки гадают о своём будущем. На тот момент из игрушек у Энди остались лишь Вуди, Базз, Джесси, Булзай, мистер и миссис Картофельные Головы, Хэмм, Рекс, Спиралька и три инопланетяна из «Планеты Пицца». Миссис Картофельная Голова не может найти свой глаз. Энди решает взять Вуди с собой в колледж, а остальные игрушки отнести на чердак. Он складывает их в пакет и готовится отнести наверх, но они остаются на полу в коридоре. Миссис Дэвис принимает игрушки за мусор и отправляет их во двор. Увидев это, Вуди бежит спасать своих друзей, но те спасаются сами. Они решают, будто Энди хотел выбросить их, и залезают в коробку с пожертвованиями детскому саду «Солнышко», куда также хотят отдать куклу Барби, принадлежащую Молли, сестре Энди. Вуди пытается объяснить игрушкам, что они были выброшены случайно, но миссис Дэвис закрывает багажник машины, и все отправляются в детский сад. После прибытия команды в «Солнышко» новичков все приветствуют с распростёртыми объятиями. Среди них лидер детского сада — плюшевый медведь Лотсо. Барби знакомится с Кеном, и между ними возникают чувства. Вуди решает вернуться к Энди и ехать с ним в колледж, но остальные игрушки хотят остаться в детском саду и начать новую жизнь. У Вуди получается покинуть территорию детского сада, но он застревает на ветке дерева, где его находит и забирает домой Бонни Андерсон. Оказывается, что Базза и остальных помещают в «Комнату Гусеничек» — младших детей, которые не умеют обращаться с игрушками и частично ломают их. Тем временем дома у Бонни Вуди знакомится с её игрушками — ежом мистером Колючкой, единорогом Лютиком, трицератопсихой Трикси и куклой Долли и играет вместе с ними. Он всё-таки хочет вернуться к Энди и прощается с игрушками Бонни, прося, чтобы если кто-нибудь из них окажется в «Солнышке», пусть передадут привет. Узнав, что Вуди был в «Солнышке» и сумел спастись оттуда, а его друзья всё ещё там, игрушки Бонни приходят в ужас и говорят, что «Солнышко» — это настоящий ад для игрушек...