Desde o ataque dos chitauri a Nova York, Tony Stark (Robert Downey Jr.) vem enfrentando dificuldades para dormir e, quando consegue, tem terríveis pesadelos. Ele teme não conseguir proteger sua namorada Pepper Potts (Gwyneth Paltrow) dos vários inimigos que passou a ter após vestir a armadura do Homem de Ferro.