自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼饰）一直受到前所未有的焦虑困扰。他全身心投入到钢铁侠升级版的开发中，以至于忘记了吃饭和睡觉，甚至不顾女友小辣椒（格温妮丝·帕特洛饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖分子头目曼达林（本·金斯利饰）制造了一系列爆炸事件，而托尼年度最忠诚的保镖在最近的袭击中受了重伤。不久之后，曾经交往过的女植物学家托尼、佩珀和玛雅（丽贝卡·霍尔饰）在家中遭到猛烈炮火袭击，差点丧命，似乎都死了。这与22年前偶然相遇的科学家阿尔德里奇·基利安（盖伊·皮尔斯饰）和他的终极生物的研究有关。即便有精巧先进的装甲防护，也无法解除发自内心的不安。被压垮的托尼，如何穿越来自地狱的熊熊烈火……
