Lightning McQueen nimmt mit seinem getreuen Kumpan Mater die Reise über den Ozean nach Japan und Europa auf sich, um bei einer Welttournee zu Gunsten alternativer Brennstoffe anzutreten. Doch schnell rückt in den Hintergrund, wer tatsächlich den stärksten Motor besitzt und am schnellsten beschleunigt, denn Mater wird mit einem Spion verwechselt und muss sich nun unfreiwillig als Geheimagenten beweisen: Ein Gruppe skrupelloser Ölliebhaber planen die Tournee zu sabotieren.

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