Прошло шесть месяцев с момента публичного раскрытия личности Тони Старка. Правительство США, обеспокоенное угрозой национальной безопасности, оказывает на него давление, требуя передать чертежи брони в военное ведомство. Сам Старк, однако, сталкивается с более личной проблемой: палладий, питающий его дуговой реактор, медленно отравляет его кровь, и он не может найти замену этому элементу. В то же время в тени действует Иван Ванко, сын русского ученого, который считает, что его отец был соавтором технологии реактора, и жаждет мести. Ванко создает собственное оружие с электрическими хлыстами и устраивает хаос на гонках Формулы-1 в Монако, где находится Старк. После спасения от гибели Тони узнает, что его соперник по бизнесу Джастин Хаммер тайно сотрудничает с Ванко, чтобы воспроизвести и усовершенствовать броню. Старк, понимая, что умирает, решает найти новый элемент для реактора и, следуя подсказке из старого макета своего отца, создает синтетический элемент, исцеляющий его. Тем временем Ванко, захвативший контроль над армией дронов Хаммера, атакует выставку Экспо. Старк в новой броне, вместе с подругой Роуди, использующим прототип костюма с ракетной установкой, сражается с легионом роботов. После победы над Ванко, который погибает при взрыве, Старк и Роуди уничтожают все дроны, и Тони, наконец, осознает, что его наследие важнее, чем просто технология.