Siete años después de los acontecimientos en Toy Story 2 , Andy , de diecisiete años de edad, se prepara para ir a la universidad. Woody, Buzz Lightyear y el resto de los juguetes se preocupan por un futuro incierto puesto que deben aceptar la dolorosa realidad de que su dueño Andy ya no es un niño y que ha dejado de jugar con ellos desde hace mucho tiempo, algunos amigos de Buzz y Woody ya no están con ellos (entre los cuales se encontraba Betty, la ex-novia de Woody), debido a accidentes, ventas de jardin y pérdidas. Por si fuera poco, las cosas se intensifican tan pronto cuando la madre de Andy empieza a organizar una nueva donación, esta vez con destino a Sunnyside, una guardería, ofreciéndole tanto a Andy como a Molly que donen unos juguetes suyos. Mientras que Molly empaca unos cuantos juguetes musicales y a su Barbie. Por otra parte, Andy escoge de entre todos sus juguetes a Woody para llevarlo a la universidad con él y empaca al resto en una bolsa de basura para llevarlos al ático.
Sin embargo, justo cuando Andy se encontraba cerca de guardar sus juguetes, se ve en la obligación de ayudar a su hermanita menor a empacar, dejando la bolsa sola causando que su madre piense que es basura y decide desecharla. Los juguetes, creyendo que Andy sólo quería deshacerse de ellos logran escapar antes de que el camión de basura llegue a ellos y toman la decisión de marcharse a la guardería. Woody, que vio todo el suceso de la bolsa de basura, consigue llegar con el grupo e intenta informarles de la terrible equivocación que se produjo. Sin embargo los juguetes, convencidos erróneamente de que su dueño ya no los quiere, se introducen en la caja de Sunnyside obligando al vaquero a ir con ellos hasta la guardería.
Una vez en la guardería los juguetes de Andy reciben una calurosa bienvenida por parte de los juguetes de Sunnyside, liderados por el oso Lotso quien les muestra todo el lugar. Los juguetes de Andy, maravillados, se convencen inmediatamente de su nuevo hogar, debido a que generaciones y generaciones de niños estarán jugando con ellos, viviendo sin la preocupación de ser desechados. Woody, por su parte, no se siente cómodo y continúa insistiendo en que le pertenecen a Andy y deberían regresar con él. Los otros insisten en quedarse, por lo que Woody decide abandonarlos y regresar solo con Andy. Poco después de que Woody se vaya, los demás juguetes descubren que los niños que Lotso les había asignado en el Salón Orugas para que jugaran con ellos son demasiado pequeños e hiperactivos, razón por la cual al jugar con ellos los maltratan hasta un grado que los torturan y deterioran.
Personajes
Personajes Principales
Woody: Es un vaquero que confía mucho en sus amigos y en Andy y siempre pertenecerá a él pase lo que pase.
Buzz Lightyear: Es un gran superhéroe espacial que da todo por sus juguetes para que estén mejor pase lo que pase, está enamorado de Jessie.
Jessie: Es una vaquera muy fuerte, luchadora y aventurera que confía mucho en sus amigos.
Sr. y Sra. Patata: Es una pareja de patatas que se aman y pertenecen al grupo de juguetes de Andy.
Hombrecitos Verdes: Es un trío de extraterrestres de Pizza Planeta que logran ser adoptados por los Cara de Papa.
Hamm: Es una alcancía de cerdito que pertenece a Andy. A la hora de jugar casi siempre es el personaje villano llamado "El Malvado Dr. Tocino".
Slinky: Es un perro de resorte que también pertenece a Andy.
Rex: Es un Tyranosauryus algo torpe y asustadizo que también pertenece al grupo de juguetes de Andy.
Tiro al Blanco/Perdigón: Es el caballo de Jessie y uno de los muchos juguetes de Andy.
Barbie: Es una muñeca tierna, risueña y soñadora que se enamora de Ken y se va a vivir a Sunnyside junto con él.
Juguetes de Sunnyside
Lotso: Es un oso de peluche que huele a frutas. Puede parecer tierno y adorable por fuera, pero en realidad es malvado y tirano por dentro ya que piensa que los juguetes son basura después de que su dueña Daisy lo perdiera en el campo junto con Risas y Bebote, creyendo que los había reemplazado. Es el villano principal y antagonista de la película. Se adueñó de Sunnyside y engañó a Bebote y a los demás juguetes a la hora de llegar. Al final termina en un camión de basura.
Ken: Es un muñeco perteneciente al clan de Lotso que se enamora de Barbie y viceversa. Tiene una gran mansión que incluye un vestidor que es una habitación entera. Cuando Barbie descubrió que también era malvado, decidió dejarlo. Al estar encerrada lo convenció de liberarla y reparar a Buzz para que deje de estar comprometido a su papel de guardián espacial. Al final se vuelve bueno y termina viviendo con Barbie en Sunnyside sin Lotso.
Bebote: Es un muñeco de bebé muy gastado. También fue juguete de Daisy junto con Lotso y Risas. Es muy agresivo y tiene mucha fuerza, pero al final termina vengándose de Lotso por haberlo engañado.
El mono: Es un clásico juguete que hace sonar los platillos. Es quien vigila que nadie salga de Sunnyside por cámaras de seguridad. Cuando alguien intenta salir hace sonar sus gritos por toda la guardería con un micrófono para llamar a Lotso. Al final decide ser bueno ya que Lotso no estaba para mandarlo.
El Comelibros: Es una oruga de juguete que tiende a ser muy gruñón. Vive en la biblioteca, donde les da a los juguetes los libros que necesitan.
Twitch: Es un saltamontes de juguete muy fuerte y otro secuaz de Lotso. Se encarga de vigilar el patio de juegos. Sin embargo luego decide ser bueno
Stretch: Es una pulpo morada de juguete hecha de goma. Es secuaz de Lotso, pero luego decide ser buena.
Chuck: Es un juguete con apariencia de hombre de piedra. Tiene 2 caras, una de alegre y otra de enojado, que cambia según su estado. Es otro secuaz de Lotso que luego decide ser bueno.
Telefonito: Es un teléfono de juguete antiguo y sabio de Sunnyside que ayuda a Woody a escapar junto con sus amigos del lugar. Sin embargo, cuando Woody y sus amigos están a punto de escapar, Lotso aparece con Telefonito, golpeado por sus secuaces por ayudar a Woody.
Juguetes de Bonnie
Señor Espinas: Un erizo de juguete que está vestido de tirolés. Es amable y cariñoso y en ocasiones bromista.
Risitas: Un payaso de juguete, que junto con Lotso y Bebote, fueron los juguetes que perdió Daisy. Luego de que la maldad se apoderara de Lotso, él fue reencontrado y arreglado por Bonnie. Por su historia, siempre está triste, pero al final sus sentimientos cambian.
Trixie: Una triceratops de juguete azul, que tiende a usar la computadora para saludar a sus vecinos. Al final se hace amiga de Rex.
Totoro: Un peluche grande y mudo el cual está basado en el protagonista de la película anime Mi vecino Totoro.
Dolly: Una muñeca de trapo, es muy buena pero Bonnie la usa como antagonista en sus juegos. Se hace amiga muy rápido de Woody.
Buttercup: Un unicornio de juguete, es divertido, pero tiene la voz grave.
Guisantes: Son tres guisantes de juguete que viven dentro de una cartuchera, que simula ser una vaina que contiene guisantes. Son infantiles y les gusta hacer bromas de mal gusto.
Curiosidades
Lotso, el maligno oso de peluche de Toy Story 3, originalmente iba a tener su debut en la primera película de Toy Story.
Sid, el vecino problemático de Andy en la película Toy Story 1, también sale en Toy Story 3 como el chico que recoge la basura fuera de la casa de Andy.
Andy posee en su recamara infinidad de curiosidades como un estandarte con las siglas PU que significan Pixar University, y hace referencia a un programa especial de desarrollo exclusivo para los empleados de Pixar.
Los nuevos personajes para ésta película, Barbie y Ken, están basados en los modelos que salieron a la venta en 1983 y 1988 respectivamente.
Lotso está inspirado en un peluche de los años 80 llamado Lots-o’-Huggin’ Bear.
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