Saat perlombaan penentuan dimulai, pikiran McQueen's masih terhanyut oleh kenangannya di Radiator Springs sehingga ia kurang baik dalam membalap. Namun, dia terkejut ketika mengetahui bahwa teman-teman barunya dari Radiator Springs telah datang bersama-sama dan menjadi kru pit-nya bersama dengan Mack. Sementara Doc – yang kembali mengenakan tampilan pembalapnya di masa lalu – menjabat sebagai kepala kru baru McQueen. Tersentuh dengan kehadiran mereka dan mengingat trik-trik yang mereka ajarkan (seperti mengemudi mundur dari Mater dan kemampuan berjalan menggelosor di tanah yang diajarkan Doc), McQueen mampu mengatasi taktik kotor Hicks Chick dan mampu memimpin perlombaan. Pada putaran akhir, Chick, muak berada di tempat kedua, sengaja menyeruduk The King, membuatnya keluar dari jalur dan berjumpalitan dalam kecelakaan yang mengerikan dan mengagetkan orang banyak.
McQueen, yang melihat kecelakaan The King, berhenti hanya beberapa senti dari garis finish dan membiarkan Chick menjadi juara. McQueen teringat akan kecelakaan yang dialami Doc yang membuatnya berhenti sebagai pembalap, maka ia mundur kembali untuk membantu mendorong The King melintasi garis finish sehingga dapat menyelesaikan lomba terakhirnya dan pensiun dengan lebih bermartabat. Adapun Chick, kemenangannya malah dicemooh akibat serudukan yang sengaja ia lakukan pada The King. Gelar juara dan piala Piston yang diraihnya menjadi tak berarti. The King beserta istri, Dinoco, serta kalangan pers memuji McQueen atas sportivitasnya. McQueen ditawari sponsor Dinoco tapi secara halus menolaknya dengan mengatakan bahwa ia lebih suka tinggal dengan tim Rust-Eze yang telah mendampinginya sejauh ini.
Selanjutnya, McQueen kembali ke Radiator Springs dan memutuskan untuk memindahkan markas timnya ke sana serta membantu merevitalisasi kota dan bisnisnya sehingga memberikan banyak kesenangan pada teman-teman barunya. Di sana, ia dan Sally membuka kembali Wheel Well Inn (seperti impian Sally) dan memulai hubungan baru. Sebuah musium balap dibuka dan sepenuhnya didedikasikan untuk Doc Hudson yang telah melatih McQueen semua trik balap yang dia tahu. Luigi dan Guido akhirnya mendapatkan impian mereka melayani Ferrari ketika Michael Schumacher sendiri bersama dua temannya muncul untuk membeli ban atas rekomendasi McQueen. Sarge membuka sebuah kamp SUV. Sheriff menangkap pembalap jalanan nakal yang membuat McQueen mendapat kesulitan dan mereka dihukum harus melakukan pekerjaan perbaikan jalan yang lebih banyak dengan Bessie. Mater juga mendapat kesenangan karena mendapat kesempatan naik helikopter.
hal-hal baik bisa di ambil dari film animasi ini, seperti bahwa "ada kelebihan dan ada kekurangan" "egois dapat merusak kebersamaan" "teman selalu ada di saat sedih maupun senang" "kesombongan membawa kita pada masalah" "semangat dan keberanian menjadikan kita yang terbaik"
McQueen : Okay, here we go. Focus. Speed. I am speed.
McQueen: One winner. 42 losers. I eat losers for breakfast.