После событий первой части мир узнает о том, кто на самом деле скрывается в костюме Железного человека. Главные конкуренты его компании, Хаммер Индастрис, пытаются создать свою версию костюма, однако у них ничего не получается.
Старк сталкивается с серьезной проблемой. Палладий, являющийся топливом для дугового реактора, от которого работает костюм, одновременно отравляет организм. Гений находится в поисках другого источника энергии.
В это же время у Ивана Ванко умирает его отец, Антон, физик, работавший с отцом Старка. Их научные труды позволили главному герою собрать дуговой реактор. Иван решает отомстить Тони, полагая, что Старк-старший присвоил себе все статьи русского изобретателя. Он собирает аналог этого реактора и подключает к нему металлические кнуты.
Тони не может найти замену палладию и решает, что его дни сочтены. Он передает свою компанию Пеппер Потс. Главный герой по ее совету принимает участие в ралли в Монако. Во время гонок на Старка нападает Иван, которого он побеждает.
Затем главный герой отправляется на вечеринку. Там он напивается и затевает драку с лучшим другом Роуди. Из-за этой потасовки Хаммер Индастрис получает костюм, в котором Роуди бился со Старком.
Тони получает новый химический элемент, который становится топливом для реактора. После этого он летит на презентацию Хаммера, где глава компании выдает костюм Роуди в образе Воителя за свое изобретение. Неожиданно робот становится неуправляемым и нападает на Железного человека. Старку удается справиться с ним. Затем в зал прилетает Иван с намерением уничтожить всех присутствующих. Железный человек и его лучший друг убивают его. В конце фильма Старку и Роуди вручают медали за обеспечение безопасности людей.