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。