托尼堅信憑靠他一人就能保衛M國，甚至維持世界和平，聽政會就這樣不了了之。
因為小辣椒波茲一直陪在身邊，使托尼在苦悶、糾結的時候得以排憂。
與此同時，他發現胸口的微型電弧反應爐正迅速造成血液的鈀金屬中毒。無奈的托尼只好將斯塔克公司的執行長職務交予了波茲，由她全權負責公司的事務。
托尼公開自己鋼鐵俠身份過去了整整六個月，原本就名聲在外的他更加聲名顯赫：武器專家、超級英雄……
托尼一邊享受著美譽，一邊描繪著他的下一個宏大計劃：發揚光大老爸霍華德·斯塔克的遠大理想，將全球矚目的“斯塔克博覽會”升級。
曾風靡一時的斯塔克博覽會，旨在展示全世界的工業和科技的革新，如今套上托尼的光環，頓時展現出更加令人期待的姿態。
高調的托尼早已成為了各路惡人的眼中釘，其中就有一位來自ELS的重犯伊凡，托尼在媒體前的高調亮相引起了其父當年同事的兒子伊凡的不滿，他特別想要擊倒鋼鐵俠。
托尼爸爸以前的一個合作科學家是SL人，后叛逃到M國，M國得到他是間諜的消息將其驅逐出境，自感一輩子一事無成，只好把本事都交給了兒子，也就是伊凡。
伊凡在SL把核技術賣給一個國家，結果坐了牢。后來這位來自黑暗過去的伊凡成功越獄，并為了昔日的恩恩怨怨卷土重來，要去找鋼鐵俠算賬。
為了實施報復，他子承父業，研制出了一套可與鋼鐵戰衣相媲美的裝備——光鞭，而那具有驚人威力的武器裝備的靈感正是來自于托尼爸爸的許多技術成果。
伊凡是個胸前掛著類似斯達克電子心臟的瘋狂武器發明家，由ELS逃獄到摩納哥向斯達克挑戰，利用自身研制的光鞭在賽車場重創了參賽的托尼，大鬧賽車場的伊凡再次被捕入獄。
摩納哥賽車場事件使得M國高層抓住了托尼把柄，他們指責托尼聲稱20年內不會有人擁有他那樣的技術，可是就在前一天這個技術就在摩納哥的賽車比賽中出現了，托尼對世人的承諾很快被打臉了。
小辣椒波茲看到這些電視新聞很吃驚，波茲不滿托尼隱瞞自己的做法。
托尼故意裝做輕松樣子，岔開話題，讓波茲去歐洲旅游，結果波茲要應對托尼帶來的一系列問題，包括客戶產生的信任，以及大眾對公司整體形象的質疑聲。
M國高層對托尼漸漸失去耐心，要開坦克過來強行拿走他的研究，包括鋼鐵俠鐵甲戰衣，被好友羅德中校壓了下去。
但是羅德中校需要托尼有個解釋，并勸托尼沒有必要獨自擔負救世主的重擔，可是托尼宣稱很清楚自己做的事情。
伊凡的技術引起了托尼的競爭對手軍火商賈斯丁·漢默的注意，漢默為了鞏固自己的地位，為了有更多的軍火交易，為了讓托尼在博覽會上難堪。決定把伊凡從監獄里救了出來，秘密研究取代鋼鐵俠的更加先進的技術。
出獄的伊凡第一個要求竟然是一只他留在E國的小鳥，漢默答應了這個怪異的想法。接著，漢默帶伊凡參觀了他的軍工廠，在打開參觀機器人的鑰匙之前，伊凡很輕易地破解了防火墻。伊凡答應漢默制造出優秀的機器人，足以讓GF部和漢默簽定25年的軍火合同。
因為核能源的使用，托尼的身體越來越差，身體里的鈀元素不斷上升，嚴重威脅到他的生命。
他從秘書的口中得知，如果是一個人到了最后一次生日聚會，就應該去和朋友做他喜歡做的事。
所以他在認為是最后一次生日宴會上“胡鬧”了一場。
看到這些，他的朋友都害怕他的這種肆意妄為威脅到國家安全。而自己的任性，也造成了與好友羅德中校的反目，眼看局勢就要失控，羅德搶走了一套戰衣與其大戰。
最終托尼被逼走，降落在一個巨大的麥圈模型上，而羅德回到了空軍基地。
神盾局局長找到托尼，將托尼父親遺物給了托尼，托尼發現了一種新的元素，成功將身體的核能源給改裝，身體也是恢復正常。
大戰來臨，伊凡在展覽會上用他研發的機器人瘋狂攻擊普通人，托尼看到之后立刻進行反擊。
最終，伊凡被托尼和羅德中校干掉，托尼穿著鋼鐵俠盔甲和小辣椒甜蜜擁吻...