Ha pasado un tiempo desde los acontecimientos de Iron Man 1, la película continua donde acabó la primera película. Todo el mundo sabe que Tony Stark es Iron Man y como forma de revelar su identidad crea un evento llamado Expo Stark. En dicho evento vemos un cameo de Peter Parker, el cual es acompañado por la tía May y el tío Ben, quien resulta ser el mismo actor que el de la película de Madame Web
A la mañana siguiente, Tony va al juzgado para hablar con el senador Stern, quien le pregunta si tiene alguna especie de arma destructiva, pero Tony deja de lado dicha pregunta, diciendo que no sabe a que tipo de arma se refiere. James Rhodes aparece en el juicio y menciona que algunos sujetos han intentado replicar la tecnología de Tony y entre estas personas está Justin Hammer
Todo esto es visto por Ivan Vanko, quien está acompañando a su padre en sus últimos momentos de vida. Tony menciona por televisión que podrán confiar en él, pero Ivan sabe que miente, por lo que cegado por la venganza opta por crear un traje lo suficientemente resistente como para que le pueda dar batalla a Stark
Por otro lado, Tony vuelve a Malibú y entra en su taller para despertar a Jarvis. Aquí hay un cambio, ya que la trama en donde el paladio está matando a Tony no está presente, por lo que Jarvis simplemente le dice que el nivel de toxicidad en sangre es normal, pero que tarde o temprano deberá buscar un nuevo elemento. Pepper visita a Tony y él la nombra presidenta de Industrias Stark, ya que quiere que ella se encargue de la empresa
La primera acción de Pepper es contratar a Natalie Rushman como secretaria, pero como en esta historia Tony no se está muriendo, Happy le dá una clase de lucha libre a Natasha, quien consigue vencer a Happy fácilmente. La batalla en Mónaco se mantiene igual, donde Jusin Hammer se encuentra con Tony nuevamente y le menciona que para la próxima exposición quiere ayudarlo creando drones
Allí Pepper se entera de que Tony se ha apuntado a un torneo de carreras, pero Ivan aprovecha el momento para acabar con Tony. Al principio él no cuenta con su armadura, pero gracias a Pepper consigue ponerse la armadura, la cual deja en el suelo como si fuera un maletín. Afortunadamente Tony consigue vencerlo fácilmente e Ivan es llevado a la cárcel, algo que llama la atención de Hammer
Afortunadamente aunque Iron Man haya sido reconocido, Tony Stark cada vez es tiene una actitud más extraña, lo cual causa que haga una fiesta en su propia casa, donde al principio Pepper intenta convencerlo de que avise a la gente que se marche, pero a pesar de intentarlo, Rhodey se vuelve más fuerte con él y opta por robar la armadura Mark dos, lo cual causa una pelea entre ambos
Todo esto nos lleva a la batalla final, donde Iron Man trabaja en equipo con Rhodey, quien cuenta con el alias de War Machine para detener a Ivan Vanko. Durante lo ocurrido en la expo de Justin Hammer, varios drones se vuelven locos debido a que Ivan los está controlando mediante un ordenador, uno de ellos intenta acabar con Peter y sus tíos, pero Iron Man consigue acabar con el dron a tiempo
Natasha al ver que las cosas han empeorado le pide a Happy que lo lleve a Industrias Hammer, donde se supone que está Ivan Vanko. Al llegar a dicho lugar, ve a Ivan hackeando la armadura de Rhodey, pero antes de que Natasha lo pueda atrapar, unos cuantos guardias de Hammer aparecen en el lugar, por lo que ambos trabajan juntos. Cuando acaban con los guardias, Natasha se acerca al ordenador y reinicia la armadura de War Machine
La batalla final sería como la del final alternativo de Iron Man 2, en donde Ivan Vanko habría secuestrado a Pepper frente a los ojos de Iron Man, diciéndole a Tony que solamente se liberará si se quita la armadura. Él al ver a Ivan con uno de sus látigos eléctricos en el cuello de Pepper, se quita la armadura, haciendo que Ivan la libere, Tony se vuelve a poner la armadura y derrota a Ivan con la ayuda de Rhodey mediante la unión de sus repulsores
Como escena post créditos, veríamos a Nick Furia reunido con Tony Stark, él encuentra un documento que dice Iniciativa Vengadores, pero Nick Furia le dice que no quiere que lea eso todavía. No obstante después de leer una redacción de Natasha sobre su personalidad, Nick Furia le dá permiso a Tony de leer dicha información, dándose cuenta de que Iron Man es apto para el equipo pero que Tony Stark no
