Tony Stark (Robert Downey Jr.) se remémore le nouvel an 2000 à Berne. Il y évite avec arrogance le scientifique Aldrich Killian (Guy Pearce) pour passer la nuit avec la chercheuse Maya Hansen (Rebecca Hall). Killian aurait voulu qu’il travaille avec lui pour développer son entreprise, Advanced Idea Mechanics (AIM). Hansen lui révèle le projet sur lequel elle travaille, Extremis, un gène d’auto-régénération. Cependant, le gène est instable et la plante soumise à Extremis explose.

En décembre 2012, après la bataille contre les Chitauris, dans son manoir, à Malibu, Tony s’est mis à construire avec obsession de nombreuses armures Iron Man durant ses nuits d’insomnie. Cet acharnement est à l’origine de tensions avec sa petite amie et présidente de Stark Industries, Pepper Potts (Gwyneth Paltrow), qui voit son compagnon ne trouver réconfort et sécurité qu’en portant une armure.

Une série d’attentats à la bombe revendiqués par le Mandarin, un terroriste britannique féru de culture chinoise, laisse le gouvernement américain impuissant qui confie à James Rhodes (Don Cheadle), dans l’armure de War Machine renommée Iron Patriot, la tâche de localiser le terroriste. Lorsque le chef de la sécurité de Stark Industries, Happy Hogan (Jon Favreau), est victime d’un de ces attentats, Stark défie le Mandarin (Ben Kingsley) par le biais des médias. La réponse du terroriste ne se fait pas attendre et le manoir Stark est détruit par des tirs d’hélicoptères. Potts et Hansen (cette dernière étant entre-temps arrivée sur les lieux) survivent grâce à l’armure que Stark fait brièvement enfiler à Pepper. Après l’avoir récupérée et une fois Pepper mise à l’abri, Stark parvient à s’échapper, mais il perd connaissance dans l’armure et JARVIS (Paul Bettany) l’assistant virtuel de Tony l’envoie dans le Tennessee à la suite d’un malentendu. L’armure manque d’énergie pour retourner en Californie, laissant le doute sur la mort du milliardaire.

Avec l’aide de Harley, un jeune garçon d’une dizaine d’années, Stark enquête sur le lieu d’une des explosions causées par le Mandarin. Il découvre rapidement l’existence du programme Extremis, un traitement expérimental dont le but est de guérir les personnes souffrant de mutilations. Développé par Killian à partir des recherches de Hansen, le sérum est instable et les sujets dont le corps n’a pu accepter le traitement voient la température de leur corps augmenter avant d’exploser. Ces échecs sont maquillés pour faire croire à des attentats terroristes. Stark est attaqué par Ellen Brandt (Stephanie Szostak) et Eric Savin (James Badge Dale), deux agents du Mandarin bénéficiant des capacités d’Extremis, mais s’en sort indemne.

Grâce à Harley, il localise le Mandarin à Miami et prépare son infiltration dans les locaux du terroriste en fabriquant diverses armes. Une fois à Miami, il découvre que celui qui se fait appeler le Mandarin n’est qu’un acteur britannique toxicomane appelé Trevor Slattery, inconscient du rôle qu’il joue. Le personnage du Mandarin a été créé par Killian après que celui-ci s’est approprié les recherches de Hansen pour guérir les mutilations. Killian capture Stark et, pour le forcer à l’aider dans ses recherches, lui révèle qu’il a aussi capturé Pepper et qu’il est en train de lui injecter le traitement Extremis. Hansen est sur le point d’obliger Killian à libérer Stark en menaçant de se suicider. Killian abat alors Hansen car il juge qu’elle est devenue inutile puisque Stark peut la remplacer.

Parallèlement, Killian a réussi à manipuler le gouvernement américain et à capturer Rhodes pour lui voler l’armure Iron Patriot. Stark parvient toutefois à s’échapper en appelant son armure à distance depuis la cabane de Harley et parvient à rejoindre Rhodes pour tâcher de protéger le président Ellis qui se trouve à bord d’Air Force One. En contrôlant son armure à distance, Stark parvient à sauver les passagers et l’équipage de l’avion attaqué par Savin équipé d’Iron Patriot, mais arrive trop tard pour empêcher l’enlèvement du président (William Sadler) par Killian. Stark et Rhodes les retrouvent sur une plateforme d’exploitation pétrolière abandonnée, où Killian s’apprête à tuer Ellis en direct à la télévision. Le vice-président Rodriguez arriverait alors au pouvoir, et recevrait ses ordres de Killian, en échange de la guérison par le traitement Extremis de sa petite fille estropiée.

Stark et Rhodes sont rejoints par l’Iron Legion, les armures Iron Man construites par Stark et contrôlées par JARVIS. Ils attaquent les hommes de Killian et Rhodes réussit à sauver le président et le mettre à l’abri. Stark essaye de sauver Pepper, mais celle-ci chute d’une soixantaine de mètres et disparaît dans les flammes. Stark affronte alors Killian, et parvient à le piéger dans une armure Iron Man qu’il fait ensuite exploser. Pepper, qui a survécu grâce au traitement Extremis, récupère un répulseur issu d’une armure perdue et achève Killian.

Stark demande alors à JARVIS de détruire toutes les armures pour fêter Noël et se faire pardonner par Potts. Tous deux subissent ensuite une opération chirurgicale : Pepper pour désactiver le traitement, et Stark pour ne plus avoir besoin du réacteur ARK miniature implanté dans sa poitrine. Il jette ensuite l’objet dans l’eau, sachant qu’il est et restera toujours Iron Man.

Source: Wikipédia