מכוניות 3
עלילת הסרט

חמש שנים לאחר שהתחרה בגרנד פרי העולמי, ספידי מקווין, שכבר זכה חמש פעמים בגביע הבוכנה, מוצא את עצמו בצל המתחרה ג'קסון סטורם, טירון שהוא הראשון בדור חדש של מכוניות מרוץ המצוידות בטכנולוגיה מתקדמת לשיפור מהירותן וביצועיהן. כשסטורם ממשיך ברצף ניצחונות לאורך העונה, מרבית הוותיקים בתחום המרוצים פורשים או מפוטרים על ידי נותני החסות שלהם לטובת מתחרים צעירים יותר מהדור הבא. במרוץ האחרון של העונה בלוס אנג'לס, ספידי מצליח להשיג את המקום הראשון לזמן קצר אך מתחיל לאבד גובה לאחר שסטורם ושאר מתחרי הדור הבא עוקפים אותו. הוא מנסה נואשות להישאר בתחרות, אך מאבד שליטה ומתהפך לאחר שפוגע בקיר החיצוני, נותר עם פציעה חמורה שמונעת ממנו להמשיך במרוצים.
ארבעה חודשים לאחר מכן, ספידי מחלים מהפציעה ומחליט שהוא ממשיך להתחרות. הוא מתקשר לנותני החסות שלו, ראסטי ודאסטי, שמגלים לו שהם מכרו את ראסט-איז לעסקן עשיר בשם סטרלינג. סטרלינג ממנה את ספידי לאימונים במרכז המרוצים של ראסט-איז בהדרכתה של קרוז רמירז, אך הוא מתקשה להסתגל לשיטות האימון המודרניות. לאחר שספידי פוגע בטעות בסימולטור האימונים, סטרלינג מנסה להכריח אותו לפרוש. נחוש להמשיך במרוצים, ספידי מציע שאם ינצח במרוץ פלורידה 500 הקרוב, הוא יוכל להחליט אם הוא ממשיך במרוצים; אחרת, הוא יפרוש מיד. סטרלינג מסכים לעסקה בחוסר רצון, אך בתנאי שקרוז תצטרף אליו.
שיטות האימון הלא קונבנציונליות של קרוז וחוסר הניסיון שלה במרוצים אמיתיים מתסכלים את ספידי כשהם מנסים לשפר את מהירות השיא שלו בחוף פיירבול. כשספידי מחליט להתאמן במסלול ת'אנדר הולו, הם מגלים שהמקום משמש לתחרות הריסה בסגנון דמולישן דרבי בשם "השמיניות המטורפות" ונאלצים להשתתף, ובמהלכה קרוז זוכה בטעות ומגלה אותו לציבור. ספידי כועס עליה, שובר בטעות את הגביע שלה, והיא מגלה שתמיד חלמה להיות נהגת מרוצים אך מעולם לא הייתה בטוחה מספיק כדי להשתתף בתחרות. בעקבות כך, היא מתפטרת מתפקידה כמאמנת של ספידי וחוזרת למרכז האימונים. בתחושת אשמה וללא אפשרויות אחרות, ספידי מתקשר לחברו מייטר לקבלת עצה, והוא מציע לו למצוא את המנטור של דוק הדסון, סמוקי, בעיירת הולדתו תומסוויל בג'ורג'יה. ספידי משיג את קרוז ומצליח לשכנע אותה להצטרף אליו שוב. בתומסוויל הם פוגשים את סמוקי, שמגלה שלמרות שדוק מעולם לא חזר להתחרות, הוא מצא אושר חדש באימון של ספידי. לאחר שספידי מקבל את העובדה שהוא כבר לא מהיר כמו סטורם, סמוקי וחבריו הוותיקים של דוק, לואיז "ברנסטורמר" נאש, ריבר סקוט וג'וניור "מידנייט" מון, עוזרים לו ללמוד טכניקות חדשות כדי להתמודד עם החיסרון במהירות, תוך שימוש בקרוז כשותפת אימון. לאחר ניסיונות רבים, ספידי מצליח לעקוף את קרוז באימון האחרון, אך היא עוקפת אותו בחזרה, מה שגורם לו להיזכר ברגע שבו סטורם עקף אותו לפני התאונה ומערער את ביטחונו.
במרוץ פלורידה 500, ספידי מתחיל מאחור אך, בעזרת סמוקי בצוות הפיט, מצליח להתקדם לאט לאט במקומות. סטרלינג, שעדיין מאמין שספידי לא יוכל לנצח, מורה לקרוז לחזור למרכז האימונים כדי להכין מתחרה חדש למרוץ הבא, למרות שהיא מעוניינת להישאר. לאחר שהוא שומע את השיחה ברדיו ונזכר בחלומה של קרוז להתחרות, ספידי נמנע מהתנגשות המונית ומורה לצוות להכין את קרוז שתיכנס במקומו במרוץ, מה שנותן לה הזדמנות שנייה להפוך לנהגת מרוצים. למרות ההיסוס בהתחלה, קרוז מתחילה לעקוף מתחרה אחר מתחרה, בזכות ההדרכה של ספידי מהפיט. בסופו של דבר היא מגיעה ממש מאחורי סטורם. סטורם, המרגיש מאוים, מנסה להרתיע את קרוז ואפילו דוחף אותה אל הקיר בהקפה האחרונה. באמצעות תרגיל ישן של דוק הדסון, קרוז מצליחה להתהפך מעל סטורם, עוקפת אותו וזוכה במרוץ.
לאחר הניצחון, סטרלינג מציע לקרוז תפקיד בצוות שלו, אך היא מעדיפה הצעה נגדית מבעליה של דינוקו, טקס דינוקו. מכיוון שגם ספידי וגם קרוז היו עם מספר 95, ספידי הופך למנצח משותף של המרוץ ומתחמק מהעסקה עם סטרלינג. בחזרה לרדיאטור ספרינגס, ספידי מגלה שטקס רכש את ראסט-איז מסטרלינג. עכשיו, כשהוא צבוע בצבעי המרוץ של דוק, ספידי מחליט להמשיך במרוצים אך לאמן את קרוז לעונת המרוצים הקרובה.