Rayo McQueen y la adorable grúa Mate viajan al extranjero para participar en el primer Campeonato Mundial en el que se decidirá cuál es el coche más rápido del planeta. La primera escala es Tokio (Japón), donde Mate tendrá que convertirse en una espía secreta al verse envuelta inesperadamente en un caso de espionaje internacional, que la llevará a París y a Londres. También vivirán una aventura de proporciones épicas al viajar a Porto Corsa (Italia), para disputar el Campeonato. Sin embargo, la pareja tendrá que renunciar a los placeres de la Riviera italiana -yates, playas y pasta al pesto- ya que Mate está muy ocupada con su labor de espía, mientras que McQueen compite contra los mejores coches del mundo.