Martin est un détective privé sur une enquête de contrefaçon de pneus, quand Tia revient dans sa vie. Sa soeur Mia a été enlevée et il doit l'aider à la retrouver, avec l'aide du lieutenant de police Lightning McQueen.
Juste après s'être remis d'avoir perdu toute son unité au combat, le Sgt. Rock dirige une armée de commandos contre une base de recherche secrète nazie.
Après la chute d'une horloge sur le moteur de Martin, il remonte le temps jusqu'en 1909 où il rencontre Stanley, une jeune voiture ambitieuse en route pour la Californie. À l'aide de Flash McQueen, Martin change le cours de l'histoire en convaincant Stanley de fonder Radiator Springs. Stanley...
Martin va faire une rencontre du troisième type avec un Ovni à la dentition et à l’intellect similaire au sien. Martin va rapidement baptiser son nouvel ami du nom de Marteau.
En passant devant Red, le camion de pompier de Radiator Springs, Martin se remémore l’époque où il était soi-disant camion de pompier. Flash McQueen écoute son histoire d’un air dubitatif.
