Andy ya está en edad de ir a la universidad, deberá decidir qué juguetes conservará y cuáles se donarán. Por azares del destino los juguetes terminan en la guardería "Sunnyside", en donde reciben una calurosa bienvenida por parte de los juguetes del lugar liderados por el oso Lotso quien les muestra su nuevo hogar. Los juguetes de Andy, se emocionan al pensar que generaciones y generaciones de niños estarán jugando con ellos y vivirán sin la preocupación de ser desechados. Woody, por su parte, no se siente cómodo y decide emprender el regreso a casa. Poco después de que el vaquero se va, los juguetes descubren que en la sala a la que fueron asignados los niños son demasiado pequeños e hiperactivos y al jugar con ellos los maltratan, los lastiman y los deterioran. En Toy Story 3 urge trazar un plan para escapar de allí lo más pronto posible. Nuevos miembros se unen a la misión, entre ellos el seductor y soltero Ken, amigo de Barbie, un erizo actor llamado Larosse y un oso rosa con olor a fresa llamado Lotso.
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