托尼·斯塔克公开了自己是钢铁侠的身份后，生活发生了巨大变化。他一方面享受着超级英雄带来的荣耀，另一方面也面临着来自政府、竞争对手和自身健康的多重压力。美国政府希望他交出钢铁侠技术，而竞争对手贾斯汀·汉默与伊凡·万科联手，试图制造出更强大的装甲来击败钢铁侠。与此同时，斯塔克发现胸口的微型电弧反应堆正在毒害他的身体，必须在有限的时间内找到新的元素来维持生命。在助手佩珀·波茨和新加入的神盾局特工娜塔莎·罗曼诺夫的帮助下，斯塔克必须应对这些挑战，并最终与身穿鞭索装甲的伊凡·万科展开决战。