许多年以后的某一天，胡迪他们原本平静的生活再次被打破，主人家新添了一个智能机器人。这个机器人有着最先进的程序，它看不起这些传统的玩具们，认为它们老旧又无趣。
智能机器人开始抢占玩具们的地盘，还经常向小主人献殷勤，试图让小主人只喜欢自己。胡迪决定带领大家反抗，他们先是联合起来制造一些小麻烦给智能机器人，比如故意在它要展示功能时设置障碍。
但这并没有让智能机器人退缩，反而更加变本加厉。就在玩具们感到绝望的时候，小主人发现智能机器人的冷漠，它只是机械地执行命令而没有感情。相比之下，胡迪他们充满温情和回忆。于是小主人重新重视起这些传统玩具，把智能机器人放到角落。玩具们欢呼起来，又恢复了往日的欢乐时光，它们深知友情和陪伴才是最重要的，无论科技怎么发展也替代不了。
然而，没过多久，小主人参加了一场科技展。在展会上，他看到了一款超级智能的互动玩具，这款玩具不仅拥有超高的智商，还有模拟情感的能力。小主人被深深吸引，将其带回了家。
这个新玩具刚到家就表现出极大的亲和力，它主动找胡迪聊天，还表示很羡慕玩具们之间深厚的友谊。胡迪他们一开始很警惕，但慢慢地发现这个新玩具并无恶意。
新玩具告诉他们，外面的世界正在快速变化，有许多像它一样的新型玩具渴望真正的友谊，而非仅仅竞争。胡迪听后深受触动，他决定带着伙伴们走出房间，去外面的世界看看。
于是，胡迪带领着玩具们踏上了奇妙的旅程，他们要去寻找更多可以成为朋友的新型玩具，也要把友情的真谛传递出去，从此开启了一段充满未知与惊喜的冒险之旅。
胡迪和伙伴们走出家门后，发现外面的世界充满了各种各样新奇的东西。他们来到了一个巨大的玩具集市，这里到处都是新型玩具。有的玩具能够在空中自由飞翔，有的玩具可以变换成各种形状。
胡迪他们有些不知所措，但还是鼓起勇气上前打招呼。刚开始，新型玩具们对这些传统玩具投来了异样的眼光，可是当胡迪讲述了他们之间的故事后，新型玩具们渐渐露出了友善的笑容。
他们一起玩耍、分享彼此的经历。胡迪发现，尽管大家形态各异、功能不同，但对友谊的渴望是相同的。
然而，就在这时，一阵狂风突然刮起，原来是一个巨型清洁机器人误闯进了玩具集市。它不分青红皂白地开始清扫，许多小玩具四处奔逃。胡迪大喊一声，所有玩具团结起来，利用各自的优势对抗清洁机器人。最终，成功阻止了它。这次事件之后，玩具们的关系变得更加紧密，胡迪知道，他们的友谊之旅还很长很长。
经过这场风波，胡迪和伙伴们在玩具集市更受尊重了。他们继续探索，遇到了一个神秘的玩具屋。屋里传出美妙的音乐声，好奇的他们走进屋内。里面有一个古老的音乐盒玩偶，她说自己知晓许多玩具的秘密往事。
音乐盒玩偶告诉他们，在遥远的地方有一座玩具城堡，如果能到达那里，就能找到一种神奇的力量，可以让所有玩具永远不会被抛弃。胡迪心动了，决定带领伙伴们前往。
途中，他们遭遇一条由废旧电池组成的大蛇。大蛇不断喷出电流攻击，胡迪指挥大家相互配合，有的吸引大蛇注意力，有的趁机破坏大蛇的关节。经过艰苦战斗，终于打败大蛇。
最后，他们抵达玩具城堡。在这里，他们找到了一颗散发着光芒的水晶球。触摸水晶球的瞬间，所有玩具都感受到一股温暖的力量注入体内。他们知道，从此以后，不管在哪里，只要心中怀着对友谊的信念，就永远不会被遗忘、被抛弃。随后，他们带着这份美好的祝福返回小主人家中。
回到家后，小主人看到胡迪他们平安归来，特别开心。玩具们将在玩具城堡中的奇遇讲给小主人听，小主人惊讶不已。
这天晚上，家里却突然闯入了一伙盗贼。盗贼们翻箱倒柜，弄出很大动静。胡迪他们意识到危险来临，决定保护家园。他们悄悄溜到盗贼必经之路，利用自身特点设下重重机关。弹簧狗拉长身体绊倒盗贼，土豆先生伪装成吓人的模样吓唬盗贼。胡迪则站在高处指挥作战。
就在盗贼们快要崩溃时，警笛声传来，原来邻居听到动静报了警。盗贼们被一网打尽。小主人第二天醒来，发现家里安然无恙，他抱起胡迪感激万分。
从那以后，小主人更加珍惜这些玩具。胡迪和伙伴们也继续快乐地生活着，偶尔他们还会回忆起在外冒险的日子，那些经历让他们更加明白友谊的珍贵以及守护家庭的意义。
一天，小主人带回了一个来自外太空主题公园的外星玩具。这个外星玩具长得奇形怪状，而且说着大家听不懂的话。起初，大家对外星玩具很排斥，害怕它带来不好的事情。但胡迪想起之前他们对待其他新朋友的态度，决定先尝试接纳。胡迪努力通过手势和简单动作跟外星玩具交流，慢慢地，外星玩具理解了胡迪的善意。它开始用自己独特的方式表达友好，展示它来自外太空的奇特能力，像是发出奇异光线照亮黑暗的角落。其他玩具见状也纷纷加入进来。一次，小主人不小心把外星玩具遗落在了公园里，胡迪组织大家展开营救行动。他们克服了种种困难，如躲避公园里其他大型游乐设施的干扰，避开调皮孩子的捕捉。最终成功找回外星玩具。这件事过后，外星玩具彻底融入了这个大家庭，胡迪和伙伴们的友谊也因为新成员的加入变得更加丰富多彩，他们继续在小主人身边幸福地生活着。
一天，小主人参加学校的手工比赛，他决定制作一个全新的玩具。小主人投入了大量精力，终于做出了一个独一无二的纸艺玩具。这个纸艺玩具来到家中后显得十分腼腆。胡迪第一个上去欢迎它，带着它熟悉环境，并把大家一一介绍给它。
纸艺玩具很快展现出它的特殊之处，它可以折叠自己变成各种实用的小物件，像小扇子或者小盒子。然而，随着时间推移，小主人的学业越来越忙，玩玩具的时间越来越少。玩具们担心自己会被小主人遗忘。
纸艺玩具想出一个主意，它用自己的纸艺技能制作了一本精美的纪念册，上面记录着每个玩具的照片和它们之间的故事。当小主人偶然翻开这本纪念册时，他被深深感动，重新意识到玩具们对他来说多么重要。此后，小主人即使再忙，每周都会抽出一点时间陪玩具们玩耍，胡迪和伙伴们的生活又恢复了温馨与欢乐，他们知道，只要大家团结一致、互相支持，就一定能一直幸福地陪伴着小主人成长。
一天，小主人一家计划搬家。玩具们得知这个消息后十分担忧，害怕在搬运过程中会失散。胡迪安慰大家，表示会确保所有人在一起。搬家那天，场面十分混乱，好多箱子混在一起。在运输途中，装着玩具们的箱子意外掉落。等胡迪他们清醒过来，发现身处一个陌生的仓库。周围堆满了杂物，出口也被堵住了。胡迪镇定下来，组织大家寻找出口。小绿兵们爬上高处查看，发现了一个通风口。可是通风口太高，大家够不着。这时，纸艺玩具将自己折成一个梯子，让其他玩具顺着爬上去。就在大家都以为即将脱险时，一只大老鼠窜了出来。外星玩具发出强光暂时吓退老鼠。胡迪指挥大家齐心协力推开挡路的重物。最终，玩具们成功逃出仓库。他们沿着记忆中的路线往新家赶去。路上历经波折，好在他们相互扶持。当小主人打开新家大门时，惊喜地发现玩具们都回来了。玩具们又开始了在新家的幸福生活，他们更加坚信，无论发生什么，只要彼此相伴，就无所畏惧。
一天，小主人带回了一块拼图。这块拼图看起来普普通通，但当它被放在桌上时，竟自动散开并组合成一幅美丽的风景画。拼图似乎有着自己的意识，它骄傲地宣称自己来自一个魔法世界。胡迪和伙伴们都大为惊奇。
最初，拼图对这些传统玩具有些不屑，觉得它们太过平凡。但玩具们并不在意，依然热情相待。渐渐地，拼图被这种真诚打动，它决定分享自己的魔力。
它施展魔法，将玩具们带入了它描绘的风景之中。那里有奇幻的生物和绚丽的景色。然而，这片美景隐藏着危险。突然，天空乌云密布，一只巨大的暗影鸟朝他们飞来。
胡迪冷静地指挥，让擅长飞行的玩具引开暗影鸟，其余的寻找遮蔽之所。经过一番周旋，拼图使出强大魔法困住暗影鸟。
从魔法世界出来后，拼图完全融入了这个大家庭。玩具们的故事又增添了精彩的一章，它们继续在小主人身边，迎接未来无数的挑战和欢乐。
一天，小主人收到了一份神秘礼物，是一个虚拟现实游戏头盔。小主人戴上头盔进入游戏世界后，胡迪他们好奇地凑过去，结果被一道奇异的光吸进了游戏世界。
游戏世界里全是各种像素化的角色和场景。胡迪他们必须完成一系列艰难的任务才能离开。刚开始，他们总是出错，比如把游戏中的陷阱当成正常道路。但凭借着以往的经验和彼此间的默契，逐渐适应了环境。
在一次对付虚拟恶龙的任务中，他们发现可以结合各自的特性和游戏中的道具来战斗。小绿兵们利用数量众多分散恶龙注意力，胡迪借助游戏中的宝剑给予致命一击。
当他们终于完成所有任务准备离开时，却发现出口被锁住了。就在大家焦急之时，拼图利用魔力找到了一把虚拟钥匙，打开了出口。
玩具们从游戏世界出来后，对这段经历津津乐道。小主人也因为有这么有趣的玩具们而更加热爱生活，玩具们继续在小主人身边，享受着充满爱的每一天。
一天，小主人带回来一个会变形的魔方玩具。这个魔方玩具可以随意变幻形状，一会儿是汽车，一会儿是高楼大厦。刚到家时，它对胡迪他们有些冷淡，总是独自摆弄着自己的形状。胡迪主动接近它，邀请它一起玩耍。魔方玩具慢慢放下防备，开始和大家互动起来。
然而，有一天，小主人不小心把魔方玩具掉到了楼下花园里。胡迪毫不犹豫地带领大家下去寻找。花园里杂草丛生，还有许多昆虫。他们一边躲避昆虫的打扰，一边仔细搜索。就在大家快要放弃的时候，弹簧狗闻到了魔方玩具独特的气味，最终在一个角落里找到了沾满泥土的魔方玩具。
大家齐心协力把魔方玩具清洗干净，魔方玩具被感动得热泪盈眶。从那以后，魔方玩具再也不离群索居，而是积极参与到玩具们的每一次活动中，胡迪和伙伴们的友谊变得更加坚不可摧，他们继续在小主人的关爱下幸福美满地生活着。
一天，小主人去海边旅行，带回来一个贝壳风铃玩具。这个风铃一挂在屋子里，就发出清脆悦耳的声音。可它似乎很害羞，总是静静地待着。胡迪带头去和贝壳风铃说话，慢慢地，贝壳风铃也活泼起来，它的声音似乎也能传达情绪，高兴时声音轻快，难过时声音低沉。
有次小主人举办生日派对，邀请了很多小朋友。一个调皮的小朋友把玩偶们扔得到处都是，还扯坏了贝壳风铃的绳子。胡迪他们很生气，可又不能伤害小朋友。派对结束后，胡迪找来针线，和小伙伴们一起修复贝壳风铃。贝壳风铃感动极了，它奏响了最美妙的旋律。
后来，小主人长大了，要搬出去住。他精心整理好玩具们，把它们带到自己的新住处。玩具们依然陪伴着小主人，见证他人生中的一个个新阶段。而胡迪和伙伴们也始终保持着深厚的友谊，继续书写着属于他们充满爱与奇迹的故事。