自纽约事件以来，托尼·斯塔克（由小罗伯特·唐尼饰演Robert Downey Jr.）一直备受前所未有之焦虑困扰。他全力以赴开发新型钢铁战衣，不分日夜地工作，甚至忽略了女友佩珀·波茨（格温妮丝·帕特洛饰Gwyneth Paltrow）。同时，恶名远扬的恐怖头目曼达林（本·金斯利Ben Kingsley扮演）发动一系列爆炸袭击，而托尼最忠诚的保镖也在其中受伤严重。某个安静之夜，托尼、佩珀以及曾有过简短交谈的女植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔Rebecca Hall饰演）遭到猛烈炮击，几乎丧命；这些都可能是二十多年前那名偶然相遇的神秘科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯Guy Pearce饰）及其终极成果导致的结果。即便装备着高科技装甲，内心的担忧依然挥之不去。被重重打击下的托尼将以何种方式穿越地狱之火。