Šest měsíců po událostech filmu Iron Man vzdoruje Tony Stark (Robert Downey Jr.) snahám vlády Spojených států o vydání jeho vynálezu a zároveň se potýká se zdravotními potížemi způsobenými obloukovým reaktorem v jeho hrudi. Zlotřilý ruský vědec Ivan Vanko (Mickey Rourke) mezitím vyvinul stejnou technologii a vyrobil vlastní zbraně, aby si vyřídil účty se Starkovou rodinou, přičemž spojil síly s Tonyho konkurentem Justinem Hammerem (Sam Rockwell). Sílícímu zástupu nepřátel pomáhají Tonymu čelit jeho věrná a zamilovaná asistentka Pepper Pottsová (Gwyneth Paltrowová), která mezitím povýšila na ředitelku Stark Industries, a jeho armádní spojka Jim Rhodes (Don Cheadle).