《赛车总动员3：极速挑战》中，征战赛场多年的闪电麦昆（欧文·威尔逊 Owen Wilson 配音）已经成为经验老到的赛车。对如今的他而言，比赛更像是和老朋友相聚，大家在疾驰中享受单纯的快乐。然而，次世代高科技赛车的出现很快打破了这份平静。以风暴杰克逊（艾米·汉莫 Armie Hammer 配音）为代表的新一代赛车，凭借更出色的性能和先进的改造技术，接连将老一代赛车淘汰，连曾经的王者麦昆也败下阵来。
四个月后，伤愈的麦昆决定重返赛场，却被合作多年的赞助商转到斯特林（内森·菲利安 Nathan Fillion 配音）旗下。在接受全方位升级改造后，他在教练科鲁兹·拉米雷斯（克里斯黛拉·阿朗索 Cristela Alonzo 配音）的指导下展开严格训练。但摆在麦昆面前的是一场关乎职业生涯的考验：如果无法在接下来的比赛中获胜，他就必须正式退休。面对胜算渺茫的局面，这位不肯认输的老将能否重新夺回属于自己的荣耀？
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