转眼间，安迪已17岁，即将开启大学生活。母亲要求他整理房间，将不再需要的玩具装进垃圾袋。玩具们误以为安迪要扔掉他们，在胡迪的劝说下，大家仍决定进入捐往阳光幼儿园的纸箱。然而，阳光幼儿园并非乐园。这里被横行霸道的草莓熊“熊抱哥”掌控，他表面慈祥，实则压榨新玩具，将他们关入牢房。胡迪为救伙伴，重返幼儿园，却遭遇重重阻碍。玩具们策划越狱，在惊险的追逐中，他们发现熊抱哥背后悲伤的往事，也看清了他的自私本质。最终，玩具们成功逃出，却再次被垃圾车送往垃圾场。在焚化炉前，大家手拉手直面死亡，那一刻的绝望与温情令人动容。幸运的是，外星人及时发动起重机车救下众人。回到安迪家，胡迪在捐赠单上写下“安迪的玩具”，并带着伙伴们正式告别。安迪从妹妹手中接过玩具，郑重地交给了新的小主人邦妮。夕阳下，安迪最后一次回望，玩具们开始了新的旅程。这部影片不仅是冒险的终结，更是一场关于成长、陪伴与放手的深情告别。