自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 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 Gwyneth Paltrow 饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利 Ben Kingsley 饰）制造了一连串的爆炸袭击事件，托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。未过多久，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 Rebecca Hall 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 Guy Pearce 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……
第86届奥斯卡金像奖 最佳视觉效果(提名) 盖伊·威廉斯 / Christopher Townsend / Erik Nash / 丹尼尔·萨迪克
第23届MTV电影奖 MTV电影奖 最佳客串表演(提名) 琼·里弗斯
第61届美国音效剪辑协会奖 金卷轴奖 最佳电影音效剪辑(提名) John T. Cucci / Charlie Campagna / 丹·奥康奈尔 / Tim Walston / Alan Rankin / Karen Vassar / Andrew DeCristofaro / Ann Scibelli / Shannon Mills / 马克·P·施特金格尔