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Ya de mayor Andy, decide donar sus juguetes a una Guardería pero antes el debía elegir unos de sus muñecos favoritos para llevar con el a la Universidad. Finalmente Andy elije a Woody
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Andy lleva a sus juguetes al Ático en una bolsa parecida a la de los residuos. Por equivocación la madre de Andy, tira a los juguetes a la basura pensando que eran residuos. Pero con ayuda de Woody logran escapar y meterse en la caja que iba a la guardería.
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Woody y los juguetes llegan a la guardería donde se encuentran a Lotso, un oso que al principio parecía amoroso, pero termino siendo lo contrario. Estos se encuentran en una guardería de preescolar donde los niños se comportaban muy mal y destruían todo.
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Al ver que los juguetes estaban felices allí, woody intenta escapar para volver con Andy, pero al salir se encuentra con Bonnie, que lo recoge y lo lleva con ella.
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Luego de darse cuenta que la guardería donde estaban ellos no era un paraíso, Buzz reclama a Lotso que los cambien a otra sala para estar mas tranquilos. Pero no sabia lo que se iba a pasar. Lotso y sus juguetes son como un clan, que decide todo en la guarderia (Quien va a cada sala, no aprecia a los juguetes nuevos).
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Luego de enterarse de lo malvado que era Lotso, Woody regresa a Sunnyside para liberar a sus amigos, que estaban vigilados por un mono y por Buzz.
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Luego del reclamo de Buzz, Lotso decide reprogramarlo borrando su memoria, haciendolo un fiel guardian. Esto impedira qu los muñecos intenten escapar con Andy. Buzz se puso del lado malo.
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Para escapar Woody y sus amigos encuentran una salida, que los lleva a la basura. Pero antes de eso reprograman de nuevo a Buzz.
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Luego de ser llevados al basurero, los muñecos aparecen en una trituradora, donde se encuentran a Lotso. Al principio parecía que había cambiado de opinión y que los quería ayudar, pero nuevamente son traicionados y llevados directamente a la trituradora
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Todos los muñecos abrazados a punto de morir, solo un milagro podia suceder para que no sean quemados y triturados. De repente una garra controlada por los marcianos, los recoge y se salvan.
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Finalmente los muñecos, antes de que Andy partiera a la universidad, vuelven nuevamente a la caja donde estaban. Woody le deja una nota diciendo que entregue los juguetes a Bonnie. Andy le entrega los juguetes a Bonnie, incluyendo a Woody. Por otro lado Lotso termina en la parte delantera de un camión.
