如果说《钢铁侠》第一部描绘的是一个花花公子内心的自我觉醒，那么《钢铁侠》第二部则展现了托尼成长经历中鲜为人知的另一面：他失去了父亲，在孤独中成长的痛楚。通过这一切，托尼被刻画成一个更接近普通人的英雄角色。
自托尼公开宣布自己是钢铁侠以来，他就成为了全球人民关注的焦点，不仅成为了人们心中的偶像，还赢得了无数粉丝的支持。然而，在这个被称为自由的国家，军方开始强制要求他交出他的钢铁战甲，因为他们认为这些战甲是威胁，需要国家控制才能掌控。实际上，他们想要托尼的战甲来武装军队。
托尼对军方的做法非常反感，在所有记者面前拒绝了这一要求，这也导致他和军方的关系彻底破裂。然而，他面临的问题更加棘手：如何续命。钢铁战甲的核心是他胸前的微型反应堆，但核心能源是一种有毒的放射性物质，元素。由于长期使用战甲，托尼的身体受到了严重的损害。目前地球上还没有任何物质可以取代它。此时，小辣椒来向他汇报工作，他的生命正在慢慢消逝。托尼已经无心工作，于是他把CEO的职位让给了小辣椒，准备享受他最后的人生。
在和肥波练习拳击时，小辣椒带来了一位法律顾问。这位法律顾问就是我们熟知的寡姐。托尼被寡姐吸引，并邀请她上台交流。看着寡姐性感的身材，托尼喝了口水压压惊。接下来的举动让她大吃一惊。一套致命的连招解决了肥波，这套连招也让托尼心动了。男人果然都喜欢挑战性的东西。日子一天天过去，托尼在看赛车比赛时发现自己中毒超过了50%。
为了追求刺激，托尼决定参加赛车比赛。他的决定再次引起了全场的关注。然而，就在他比赛时，一个长发硬汉突然推开护栏，进入赛道中央，挥出一鞭将一辆车斩断。随后，托尼的赛车也被瞬间摧毁。失去了战甲的托尼根本无法对抗，一个回合就被打败了。从他的鞭法来看，他应该得到了马老师的真传。紧急关头，肥波和小辣椒及时赶到，将男人撞在了护栏上。此时，托尼准备上车，车门却被劈成了两半。这辆小劳不到两分钟就被毁了。小辣椒及时将公文箱扔给了托尼。原来，托尼已经研究出了可以随身携带的钢铁战甲。穿上战甲的托尼，先把小辣椒送到了安全的地方，然后转身就要放炮。然而，对方并不是吃素的，随手挥出的战甲就重创了托尼。尽管对方的装备并不炫酷，但其杀伤力却是惊人的。幸运的是，托尼也不是省油的灯，他用鞭子缠在身上，一步步接近对方，然后反手把他放倒，并顺走其反应堆。
之后，托尼前往监狱寻找丧彪，这个男人曾经因为父亲被霍华德·斯塔克赶出斯塔克工业而袭击了托尼。原来，丧彪是因为父亲留下的图纸而造出了反应堆。
托尼刚离开，就有人企图劫狱，并用替罪羊将丧彪带出了监狱。丧彪是个狠角色，在监狱里轻松解决了狱警，并被人带出了监狱。救下丧彪的人，是托尼生意上的死对头显摆哥。显摆哥在赛车场看到了丧彪的表现，知道他也拥有制造钢铁战甲的技术。因此，显摆哥冒险救出丧彪，打算和他合伙，在技术上超越托尼。
托尼回到家后，身体状况越来越差，毒素已经超过了85%，他感到自己即将走到生命的尽头。然而，托尼决定完成最后的狂欢，他开始设计一款全新的钢铁战甲。