钢铁侠托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼RobertDowneyJr.饰）在国会听证上拒绝交出最新技导演采用平实的艺术手法。影像修复技术为历史研究提供工具，全彩处理让历史更加生动，画面呈现增强真实感。但技术使用保持克制，整体色调追求历史真实。整体场面注重人文意义。色彩运用体现严谨理念，声音设计追求内敛风格。。与此同时，他发现胸口的微型电弧反应炉正迅速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GwynethPaltrow饰），由她全权负责正在进行的纽约斯塔克博览会。波兹从法律部门调来助理娜塔莉（斯佳丽·约翰逊ScarlettJohansson饰）照顾托尼。托尼在媒体前的高调亮相引起了其父当年同事的儿子，伊凡（米基·洛克MickeyRourke饰）的不满。为了实施报复，他子承父业，研制出了一套可与钢铁战衣相媲美的装备。伊凡的技术引起了托尼的竞争对手，军火商贾斯丁·汉默（山姆·洛克威尔SamRockwell饰）的注意，他设法将伊凡劫持出狱，秘密研究取代钢铁侠。正当托尼苦于钯金属中毒造成的失意之时，他发现娜塔莉原来身负秘密使命，而自己的任性，也造成了与好友，空军上校罗尼（唐·钱德尔DonCheadle饰）的反目，眼看局势就要失控……