Andy, el niño dueño de los protagonistas de la primera parte, se va al campamento cowboy, y deja solos a sus juguetes. Y aunque Woody iba a viajar con él, en el último momento un accidente obliga al niño a abandonarle en una estantería llena de polvo. Allí el vaquero se encontrará con Wheezy, un pingüino enfermo y olvidado desde hace mucho tiempo. Cuando la madre de Andy lo encuentra decide ponerlo a la venta junto a otras posesiones sin valor. Y como Woody es como es, acudirá a su rescate. Pero la desgracia empieza cuando un compulsivo coleccionista de juguetes llamado Al McWhiggan, dueño del almacén de juguetes de Al, secuestra a Woody. En el piso de Al, Woody descubre que es un juguete de colección de gran valor, que nació a raíz de un programa de televisión de los años 50 titulado "El rodeo de Woody", y que Al pretende venderle a los japoneses.

Allí conoce al resto de los juguetes del programa, que también son muy valiosos: Jessie la vaquera, Perdigón el caballo y Oloroso Pete el capataz. Al volver al escenario del crimen, Buzz Lightyear y el resto de los juguetes que pueblan la habitación de Andy, es decir, el Sr. Patata, Slinky, el perro con muelles, Rex, un dinosaurio neurótico de plástico, y Hamm, una hucha en forma de cerdo, deciden actuar para evitar que su compañero se convierta en una pieza de museo. Así los juguetes viven una apasionante aventura tras otra visitando la juguetería donde trabaja Al, encontrándose allí a aliados, como un sosias de Buzz y algún que otro enemigo, y con un clímax final en el aeropuerto en su intento de recuperar a Woody antes de que Andy regrese a casa, aunque antes deberán convencer a Woody de que ha de volver con ellos.