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。