Sono passati più di dieci anni da quando, nel corso di una serata in Svizzera, il miliardario genio-e-sregolatezza Tony Stark s'intratteneva con la bella Maya Hansen e lasciava sul tetto, in vana attesa, il visionario Aldrich Killian, desideroso di contare Stark tra le fila degli scienziati da lui diretti. Intanto, dal Medio Oriente, un terrorista senza scrupoli, detto il Mandarino, dopo aver seminato panico e morte in diverse zone degli Stati Uniti d'America, mira sempre più esplicitamente al Presidente, ma passa prima da villa Stark, radendola al suolo. In pena per la sicurezza di Pepper e in preda a crescenti e fino ad ora sconosciuti attacchi di panico, Iron Man si ritrova chiamato all'azione su più fronti, proprio nel momento di massima debolezza.

Il terzo ed ultimo capitolo della saga combina due storie classiche del fumetto di partenza, quella del Mandarino ed "Extremis", innestandole non là dove terminava il secondo film bensì dopo "i fatti di New York", ovvero al termine dell'esperienza collettiva di The Avengers.