自纽约事件以来,托尼·斯塔克(小罗伯特·唐尼饰)为前所未有的焦虑症所困扰。他疯狂投入钢铁侠升级版的研发,为此废寝忘食,甚至忽略了女友佩珀·波茨(格温妮斯·帕特洛饰)的感受。与此同时,臭名昭著的恐怖头目“曼达林”(本·金斯利饰)制造了一连串的爆炸事件,托尼当年最忠诚的保镖哈皮即在最近的一次袭击中身受重伤。托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅(丽贝卡·豪尔饰)在家中遭到猛烈的炮火袭击,几乎丧命,而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连(盖·皮尔斯饰)及其终极生物的研究有关。即使有精密先进的铠甲护身,也无法排遣发自心底的焦虑。被击碎一切的托尼,如何穿越来自地狱的熊熊烈火。