《钢铁侠3》中，纽约事件过后，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）饱受前所未有的焦虑症折磨。他将全部精力投入新一代钢铁侠战甲的研发，日夜不休，甚至渐渐忽视了女友佩珀·波茨（格温妮斯·帕特洛 Gwyneth Paltrow 饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利 Ben Kingsley 饰）接连策划爆炸袭击，托尼最忠诚的保镖也在最近的一次事件中身受重伤。
不久之后，托尼和佩珀与曾和托尼有过一面之缘的植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔 Rebecca Hall 饰）一同在家中遭到猛烈炮火袭击，几乎丧命。这场灾难似乎与22年前偶然结识的科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯 Guy Pearce 饰）以及他正在研究的终极生物有关。即便拥有精密先进的钢铁铠甲，托尼仍无法摆脱内心深处的焦虑。当生活与信念被彻底击碎，他将如何穿越来自地狱的熊熊烈焰……
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