11 年前
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洛丽（梅丽尔·斯特里普 Meryl Streep 饰）曾经也有过幸福快乐的生活，然而，当她的儿子罗比（塞斯·艾德金斯 Seth Adkins 饰）被确诊患上了癫痫后，洛丽的日子仿佛一下子从天堂坠入了地狱。在经历了旷日持久的治疗，以及花费了巨额的医药费之后，罗比的病情并没有得到良好的控制，这让洛丽不得不开始怀疑，她们所信赖的医生和医院，也许并不那么专业。 通过自己查阅资料，洛丽了解到了一种未经药监局和医疗部门核准的生酮食疗法，于是，她决定带着罗比前往位于巴尔的摩的约翰难普金斯医院接受这项治疗。洛丽的决定自然受到了目前的主治医生的强烈反对，好在有护士梅莉莎（阿丽森·詹尼 Allison Janney 饰）和好友皮特（Tom Butler 饰）的帮助，洛丽顺利的抵达了目的地。。距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前，胡迪与巴斯光年等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。
伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……。
