De geliefde speelgoedfiguren keren terug voor een nieuw ontroerend hoofdstuk in Pixar's Toy Story 5. Woody, Buzz Lightyear, Jessie en hun vrienden worden geconfronteerd met een moderne uitdaging wanneer de jonge Bonnie een strak digitaal tablet krijgt dat haar speeltijd begint te domineren.
Het nieuwe apparaat, ingesproken door Greta Lee en genaamd Lily Pad, trekt Bonnie al snel weg van haar klassieke speelgoed. Deze verschuiving roept diepe gevoelens van afwijzing op bij Jessie, die nog steeds de littekens draagt van het feit dat ze jaren geleden door haar oorspronkelijke eigenaresse Emily werd achtergelaten.
Jessie en Bullseye raken gescheiden van de groep nadat Lily Pad's invloed ertoe leidt dat ze worden opgepikt door een oud echtpaar en teruggebracht naar Emily's ouderlijk huis. Daar ontmoet Jessie een creatief kind genaamd Blaze en ziet ze potentieel voor een nieuwe vriendschap die Bonnie zou kunnen helpen.
Pogingen om Blaze en Bonnie met elkaar in contact te brengen mislukken aanvankelijk wanneer andere kinderen in een groepschat Bonnie uitlachen om haar vermiste speelgoed. Jessie, gebroken en het gevoel hebbend dat ze overbodig is, trekt zich terug naar een oude bandzwaai. Een ontdekking in een begraven broodtrommel onthult dat Emily haar eigen dochter naar het geliefde speelgoed heeft vernoemd, wat Jessies vastberadenheid hernieuwt.
Met hulp van verschillende verwaarloosde gadgets, waaronder Smarty Pants, Atlas en Snappy, bundelen de speelgoedfiguren hun krachten voor een laatste poging om de kinderen samen te brengen.
Lily Pad voelt schuld nadat Bonnie wordt gepest en sluit zich aan bij de speelgoedfiguren in een gedurfde operatie om de tablet uit een donatiewagen te halen. Het apparaat levert vervolgens een software-update die een team geavanceerde Buzz Lightyear-figuren van vliegvermogen voorziet, waardoor ze de groep op dramatische wijze naar huis kunnen vervoeren.
De tweede poging slaagt. Bonnie en Blaze delen een emotionele speelsessie die onder meer een gedenkwaardige nepbruiloft tussen Buzz en Jessie omvat. Woody vertrekt opnieuw om zijn werk met Bo Peep en Duke Kaboom voort te zetten, terwijl Jessie accepteert dat speelgoed niet kan bepalen hoe snel kinderen opgroeien, maar toch een betekenisvolle rol speelt.
Jessie biedt Lily Pad vriendschap aan, die belangstelling krijgt voor de Roomba van de familie. Buzz uit eindelijk zijn gevoelens, waardoor het stel bij elkaar komt. De film eindigt op een optimistische noot die nostalgie combineert met acceptatie van verandering.
Kijkers die tot het einde van de aftiteling blijven, worden beloond met extra scènes. Een geanimeerde sequentie op een nieuw nummer van Taylor Swift leidt naar een ontmoeting op de speelplaats waar de opgewaardeerde Buzz-figuren kinderen en zelfs een sceptische leraar verrukken, voordat ze te maken krijgen met een onverwachte rivaal in de vorm van een hightech Zurg.
Een laatste tagscène toont Lily Pad die een kort rapje uitvoert dat verwijst naar een eerdere grap, wat een laatste energieboost geeft voordat de film eindigt.