钢铁侠托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼RobertDowneyJr.饰）在国会听证上坚决拒绝透露最新技术。与此同时，他发现自己的胸口微型电弧反应炉正在迅速导致他血液中的钯金属中毒。托尼感到沮丧，决定将斯塔克公司的总裁职位交给秘书波兹（格温妮丝·帕特罗GwynethPaltrow饰），并全权委托她负责正在进行的纽约斯塔克展览会。波兹从执法部门调来助理娜塔莉（斯佳丽·约翰逊ScarlettJohansson饰）来照顾托尼。托尼在媒体面前的高调亮相引起了他父亲当年的同事的儿子伊凡（米基·洛克MickeyRourke饰）的不满。伊凡决定继承父亲的事业，研制出一套与钢铁战衣相媲美的装备。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SamRockwell饰）的注意，他设法将伊凡劫持出狱，以取代钢铁侠的地位。就在托尼苦于钯金属中毒带来的挫败感时，他发现娜塔莉实际上背负着秘密任务，而自己的任性行为也导致与挚友，空军上校罗尼（唐·钱德尔DonCheadle饰）产生了分歧。局势看似失控，托尼面临着巨大的挑战……