鋼鐵俠托尼·斯塔克（小羅伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 飾）在國會聽證上拒絕交出最新技術(shù)。與此同時(shí)，他發(fā)現(xiàn)胸口的微型電弧反應(yīng)爐正迅速造成血液的鈀金屬中毒。沮喪的托尼將斯塔克公司的總裁職務(wù)交予了秘書波茲（格溫妮絲·帕特羅 Gwyneth Paltrow 飾），由她全權(quán)負(fù)責(zé)正在進(jìn)行的紐約斯塔克博覽會。波茲從法律部門調(diào)來助理娜塔莉（斯佳麗·約翰遜 Scarlett Johansson 飾）照顧托尼。托尼在媒體前的高調(diào)亮相引起了其父當(dāng)年同事的兒子，伊凡（米基·洛克 Mickey Rourke 飾）的不滿。為了實(shí)施報(bào)復(fù)，他子承父業(yè)，研制出了一套可與鋼鐵戰(zhàn)衣相媲美的裝備。伊凡的技術(shù)引起了托尼的競爭對手，軍火商賈斯丁·漢默（山姆·洛克威爾 Sam Rockwell 飾）的注意，他設(shè)法將伊凡劫持出獄，秘密研究取代鋼鐵俠。正當(dāng)托尼苦于鈀金屬中毒造成的失意之時(shí)，他發(fā)現(xiàn)娜塔莉原來身負(fù)秘密使命，而自己的任性，也造成了與好友，空軍上校羅尼（唐·錢德爾 Don Cheadle 飾）的反目，眼看局勢就要失控……