如果說《鋼鐵俠》第一部描繪的是一個花花公子内心的自我覺醒，那麼《鋼鐵俠》第二部則展現了托尼成長經曆中鮮為人知的另一面：他失去了父親，在孤獨中成長的痛楚。通過這一切，托尼被刻畫成一個更接近普通人的英雄角色。
自托尼公開宣布自己是鋼鐵俠以來，他就成為了全球人民關注的焦點，不僅成為了人們心中的偶像，還赢得了無數粉絲的支援。然而，在這個被稱為自由的國家，軍方開始強制要求他交出他的鋼鐵戰甲，因為他們認為這些戰甲是威脅，需要國家控制才能掌控。實際上，他們想要托尼的戰甲來武裝軍隊。
托尼對軍方的做法非常反感，在所有記者面前拒絕了這一要求，這也導緻他和軍方的關系徹底破裂。然而，他面臨的問題更加棘手：如何續命。鋼鐵戰甲的核心是他胸前的微型反應堆，但核心能源是一種有毒的放射性物質，元素。由于長期使用戰甲，托尼的身體受到了嚴重的損害。目前地球上還沒有任何物質可以取代它。此時，小辣椒來向他彙報工作，他的生命正在慢慢消逝。托尼已經無心工作，于是他把CEO的職位讓給了小辣椒，準備享受他最後的人生。
在和肥波練習拳擊時，小辣椒帶來了一位法律顧問。這位法律顧問就是我們熟知的寡姐。托尼被寡姐吸引，并邀請她上台交流。看着寡姐性感的身材，托尼喝了口水壓壓驚。接下來的舉動讓她大吃一驚。一套緻命的連招解決了肥波，這套連招也讓托尼心動了。男人果然都喜歡挑戰性的東西。日子一天天過去，托尼在看賽車比賽時發現自己中毒超過了50%。
為了追求刺激，托尼決定參加賽車比賽。他的決定再次引起了全場的關注。然而，就在他比賽時，一個長發硬漢突然推開護欄，進入賽道中央，揮出一鞭将一輛車斬斷。随後，托尼的賽車也被瞬間摧毀。失去了戰甲的托尼根本無法對抗，一個回合就被打敗了。從他的鞭法來看，他應該得到了馬老師的真傳。緊急關頭，肥波和小辣椒及時趕到，将男人撞在了護欄上。此時，托尼準備上車，車門卻被劈成了兩半。這輛小勞不到兩分鐘就被毀了。小辣椒及時将公文箱扔給了托尼。原來，托尼已經研究出了可以随身攜帶的鋼鐵戰甲。穿上戰甲的托尼，先把小辣椒送到了安全的地方，然後轉身就要放炮。然而，對方并不是吃素的，随手揮出的戰甲就重創了托尼。盡管對方的裝備并不炫酷，但其殺傷力卻是驚人的。幸運的是，托尼也不是省油的燈，他用鞭子纏在身上，一步步接近對方，然後反手把他放倒，并順走其反應堆。
之後，托尼前往監獄尋找喪彪，這個男人曾經因為父親被霍華德·斯塔克趕出斯塔克工業而襲擊了托尼。原來，喪彪是因為父親留下的圖紙而造出了反應堆。
托尼剛離開，就有人企圖劫獄，并用替罪羊将喪彪帶出了監獄。喪彪是個狠角色，在監獄裡輕松解決了獄警，并被人帶出了監獄。救下喪彪的人，是托尼生意上的死對頭顯擺哥。顯擺哥在賽車場看到了喪彪的表現，知道他也擁有制造鋼鐵戰甲的技術。是以，顯擺哥冒險救出喪彪，打算和他合夥，在技術上超越托尼。
托尼回到家後，身體狀況越來越差，毒素已經超過了85%，他感到自己即将走到生命的盡頭。然而，托尼決定完成最後的狂歡，他開始設計一款全新的鋼鐵戰甲。