自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）深受前所未有的焦虑困扰。他全力投入钢铁侠升级版的研发，为此废寝忘食，甚至忽略了女友佩珀·波茨（格温妮斯·帕特洛 Gwyneth Paltrow 饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利 Ben Kingsley 饰）制造了一系列的爆炸袭击事件，托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。不久后，托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔 Rebecca Hall 饰）在家中遭到猛烈的炮火袭击，几乎丧生，而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯 Guy Pearce 饰）及其终极生物的研究有关。　　即使有精密先进的铠甲保护，也无法摆脱内心深处的焦虑。被击溃的托尼，如何度过来自地狱般的考验...