钢铁侠托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）在国会听证上拒绝交出最新技能。与此同时，他发明胸口的微型电弧反应堆正敏捷造成血液的钯金属中毒。沮丧的托尼将斯塔克公司的总裁职务交予了秘书波兹（格温妮丝·帕特罗 Gwyneth Paltrow 饰），由她全权认真正在举行的纽约斯塔克博览会。波兹从执法部分调来助理娜塔莉（斯尤物·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）照顾托尼。
托尼在媒体前的高调表态引起了其父当年同事的儿子，伊凡（米基·洛克 Mickey Rourke 饰）的不满。为了实行反攻，他子承父业，研制出了一套可与钢铁战衣相媲美的装备。伊凡的技能引起了托尼的竞争敌手，军器商贾斯丁·汉默（山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰）的留意，他想法将伊凡挟制出狱，机密研究代替钢铁侠。合法托尼苦于钯金属中毒造成的失意之时，他发明娜塔莉本来身负机密任务，而本身的任性，也造成了与好友，空军上校罗尼（唐·钱德尔 Don Cheadle 饰）的反目，眼看局面就要失控……
