钢铁侠托尼·斯塔克(小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰)在國会听证上拒绝交出最新技术。与此同時,他發现胸口的微型電弧反应炉正迅速造成血液的钯金属中毒。沮丧的托尼将斯塔克公司的总裁职務交予了秘書波兹(格温妮丝·帕特罗 Gwyneth Paltrow 饰),由她全权负责正在進行的纽约斯塔克博览会。波兹从法律部門調来助理娜塔莉(斯佳丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰)照顾托尼。托尼在媒體前的高調亮相引起了其父当年同事的儿子,伊凡(米基·洛克 Mickey Rourke 饰)的不满。為了实施報複,他子承父業,研製出了一套可与钢铁战衣相媲美的装備。伊凡的技术引起了托尼的竞争对手,军火商贾斯丁·汉默(山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰)的註意,他設法将伊凡劫持出狱,秘密研究取代钢铁侠。正当托尼苦于钯金属中毒造成的失意之時,他發现娜塔莉原来身负秘密使命,而自己的任性,也造成了与好友,空军上校罗尼(唐·钱德尔 Don Cheadle 饰)的反目,眼看局势就要失控……