Unter der Regie von Brian Fee knüpft der Film wieder an die Bodenständigkeit von John Lasseters und Joe Ranfts Cars aus dem Jahr 2006 an, die in Cars 2 aus dem Jahr 2011 für eine quirlige Reise um die Welt verlassen wurde. Denn obwohl im Zentrum der Geschichte der Generationenwechsel im Rennzirkus steht, sucht Lightning Rat und Orientierung in der Vergangenheit, die mit seinem verstorbenen Vorbild und Trainer Doc Hudson verbunden ist. So schlägt der Film nicht nur eine Brücke zwischen verschiedenen Rennsport-Epochen, sondern knüpft zugleich auch an die Americana-Nostalgie an, die zu den besonderen Reizen des Originals von 2006 gehörte. Dort verschlug es den anfangs schnöseligen Lightning in das Provinznest Radiator Springs an der legendären Route 66, das der längst eine andere Straße nutzende Überlandverkehr links liegen gelassen hatte. Dort fand Lightning treue Freunde und entdeckte seinen Altruismus, der ihn, in Kombination mit seinen sportlichen Erfolgen natürlich, erst so richtig zum Helden der Nation machte.

Lightning bekommt nun plötzlich Konkurrenz in Gestalt des schnittigen Hightech-Wagens Jackson Storm und erleidet bei einem Rennen einen schlimmen Unfall. Während aber seine alten Kollegen scharenweise das Feld für die Neuen räumen oder dazu gedrängt werden, weigert sich Lightning, aufzugeben. Er fährt zum Trainingslager Rust-eze, dessen neuer Besitzer moderne Methoden und Technik eingeführt hat. Trainerin Cruz Ramirez behandelt Lightning wie einen Rentner, der zunächst mit Lockerungsübungen anfangen soll, aber er will unbedingt den Renn-Simulator ausprobieren, was natürlich schiefgeht. Nun kann Lightning nur noch eine einzige Chance für sich aushandeln: Er muss das erste Rennen der neuen Saison in Florida gewinnen, um weitermachen zu dürfen.

Lightning drängt es aus der Trainingshalle hinaus, praktisch zurück zu den Wurzeln, zu Smokey, dem Auto, das einst den legendären Doc Hudson trainierte. Vielleicht kann ihm nämlich, wie er hofft, eine gute Portion des alten Sportsgeists den verlorenen Mut wiedergeben. Der Pick-Up-Truck Smokey, dessen antiquierter Look gar Erinnerungen an die TV-Serie Die Waltons weckt, unterzieht Lightning tatsächlich einem harten Outdoortraining, bei dem auch Cruz Ramirez, die einst selbst Rennen fahren wollte, noch viel lernen kann.

Lightnings Auseinandersetzungen mit Cruz sorgen dafür, dass der Generationenkonflikt, in dem Hightech und Datenanalyse gegen Kampfgeist und Erfahrung im Gelände antreten, eine sympathische emotionale Würze erhält. Trotzdem, und obwohl es sinnliche Szenen mit photorealistischen Naturkulissen oder von einem schlammreichen Demolition-Derby gibt, gestaltet sich Lightnings Drama oft sehr nachdenklich. Dazu tragen auch einige Rückblenden bei. Der Spagat zwischen Vergangenheit und Zukunft wirkt zuweilen umständlich und dialoglastig, wodurch die Dynamik der Handlung wiederholt ausgebremst wird. Rasant kann es stellenweise dennoch werden, vor allem im Finale beim beeindruckend inszenierten Entscheidungsrennen.

Wie schon in Cars stammt die Filmmusik erneut von Randy Newman. Sie verstärkt, wie auch einige zusätzliche Songs, mit der häufigen Country-und-Western-Färbung die liebevoll nostalgische Stimmung der Geschichte. Spritzige Genialität gehört nicht zum Wesen der Cars-Reihe, was aber das Publikum bislang wenig störte. Auch diesmal wieder harmoniert der geradlinig-ehrliche Tonfall, der sowohl fröhlich als auch naiv wirken kann, gut mit der zeitlosen Faszination, die Autorennen auf kleine Jungs ausüben.