아이언맨으로 영웅이 된 토니가 혼란을 겪는 사이, 최악의 테러리스트 만다린(벤 킹슬리)을 내세운 익스트리미스 집단 AIM이 스타크 저택에 마구 공격을 가한다. 이 공격의 결과, 그에게 남은 건 망가진 수트 한벌 뿐. 모든 것을 잃어버린 그는 다시 테러의 위협으로부터 세계와 사랑하는 여인(기네스 팰트로)를 지켜내야 하는 미션과, 더불어 머릿속을 떠나지 않던 한가지 물음의 해답도 찾아야만 한다. 과연 토니, 그가 아이언맨인가? 수트가 아이언맨인가?