不久之後，安弟的妈妈准备清理家中的旧物品，胡迪意外被放在庭院拍卖的物品中。
当胡迪发现一个被遗弃的玩具企鹅时，为了救助对方而意外落入玩具收藏家艾尔的手中。
艾尔是一位热衷於收集珍贵玩具的收藏家，他发现胡迪其实是具有收藏价值的经典电视动画《胡迪警长》Woody''''中的主角，因此决定将胡迪带走，准备出售到日本的玩具博物馆。
胡迪被带到艾尔的公寓後，遇见了几位来自《胡迪警长》节目的玩具角色，包括女牛仔翠丝、马匹红心，以及矿工彼得Stie。
这些玩具告诉胡迪，他们原本是非常受欢迎的电视节目角色，但随着节目停播与太空玩具的流行，他们逐渐被人们遗忘。
胡迪也因此发现自己原来是一个具有历史价值的收藏玩具，并开始面临人生的重要选择：究竟要留在博物馆中，永远受到保存与珍惜，还是回到安弟身边，继续当一个陪伴孩子成长的玩具？
另一方面，巴斯光年与其他玩具发现胡迪失踪後，决定展开救援行动。
他们离开安弟的家，前往城市寻找胡迪，途中经历许多有趣又惊险的冒险。
最後，在巴斯光年与朋友们的帮助下，胡迪逐渐明白，玩具真正的价值并不在於收藏价格或是否永远保存完好，而是在於能够陪伴主人，带给别人快乐。
胡迪决定回到安弟身边，并邀请翠丝与红心一起加入玩具家庭。
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