หลังจากเหตุการณ์ในภาพยนตร์เรื่องก่อนหน้านี้นกเพนกวิน – สกิปเปอร์โควาลสกีริโกและส่วนตัวและลิงชิมแปนซีเมสันและฟิลออกจากแอฟริกาเพื่อไปมอนติคาร์โลด้วยเครื่องบินดัดแปลง เมื่อพวกเขาไม่กลับมาสิงโตอเล็กซ์ก็ปลอบเพื่อนของเขามาร์ตี้ม้าลายเมลแมนยีราฟและฮิปโปโปเตมัสกลอเรียว่าพวกเขาควรไปหาพวกมันและกลับบ้านที่สวนสัตว์เซ็นทรัลพาร์ก กับเพื่อนสัตว์จำพวกลิงจากมาดากัสการ์คิงจูเลียนมอริซและมอร์ตพบนกเพนกวินและลิงชิมแปนซีที่คาสิโนมอนติคาร์โล ความโกลาหลเกิดขึ้นและสัตว์ต่างๆแทบจะไม่หนีจากเจ้าหน้าที่ควบคุมสัตว์แชนเทลดูบัวส์ซึ่งตั้งใจจะเพิ่มหัวของอเล็กซ์เข้าไปในคอลเลกชันรถแท็กซี่ของเธอ เมื่อเครื่องบินของพวกเขาเกิดปัญหาสัตว์เหล่านี้ขึ้นรถไฟละครสัตว์ที่กำลังจะออกเดินทาง สัตว์ในคณะละครสัตว์ – Stefano สิงโตทะเล Gia the jaguar และ Vitaly the tiger เป็นที่น่าสงสัยของคนนอกอเล็กซ์จึงโกหกโดยอ้างว่าพวกมันเป็นสัตว์ละครสัตว์ของอเมริกา คณะละครสัตว์กำลังมุ่งหน้าไปแสดงที่กรุงโรมตามด้วยการแสดงในลอนดอนซึ่งพวกเขาหวังว่าจะสร้างความประทับใจให้กับโปรโมเตอร์ชาวอเมริกันเพื่อที่จะได้ทัวร์อเมริกาครั้งแรก เพนกวินจึงซื้อละครสัตว์จาก Ringmaster ที่เป็นมนุษย์เพื่อคลายความสงสัย ในกรุงโรมอเล็กซ์หลงใหลจีอาในขณะที่คิงจูเลียนหลงรักการแสดงหมีซอนย่า ดูบัวส์และคนของเธอไล่ตามจูเลียนและซอนยา แต่จับไม่ได้และถูกจับ การแสดงในกรุงโรมเป็นหายนะ: การกระทำของสัตว์ผิดปกติและพวกมันถูกไล่ล่าโดยผู้ชมที่โกรธแค้น Stefano อธิบายให้ Alex ฟังว่าคณะละครสัตว์เคยโด่งดังและ Vitaly เป็นดาวเด่นของมันกระโดดผ่านห่วงขนาดเล็กได้อย่างชำนาญ อย่างไรก็ตามวันหนึ่งเขาพยายามกระโดดผ่านห่วงไฟขนาดเล็กและน้ำมันมะกอกที่เขาใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นก็ติดไฟ อุบัติเหตุทำให้ Vitaly สูญเสียความหลงใหลและคณะละครสัตว์ทั้งหมดต้องทนทุกข์ทรมาน อเล็กซ์ชักจูงสัตว์ละครสัตว์ให้มาพร้อมกับการแสดงใหม่ที่น่าตื่นเต้นสำหรับสัตว์ทุกตัวที่จะฟื้นฟูความรุ่งเรืองในอดีต มาร์ตี้และสเตฟาโนพบความหลงใหลครั้งใหม่ในการถูกยิงด้วยปืนใหญ่ในขณะที่เมลแมนและกลอเรียเชี่ยวชาญในการเต้นรำด้วยกันบนเชือกไต่ Gia เกลี้ยกล่อมให้อเล็กซ์สอน “ราวสำหรับออกกำลังกาย” ของเธอและทั้งสองก็เริ่มตกหลุมรักกัน ในขณะเดียวกัน DuBois หนีออกจากคุกและดำเนินการตามล่าของเธอต่อ ในลอนดอน Vitaly กลัวความล้มเหลวอีกครั้งและกำลังจะหนีไป แต่อเล็กซ์ช่วยให้เขาค้นพบความหลงใหลในการแสดงสิ่งที่เป็นไปไม่ได้อีกครั้ง ตามคำแนะนำของ Alex Vitaly หล่อลื่นตัวเองด้วยครีมนวดผมและประสบความสำเร็จในการกระโดดผ่านห่วงไฟขนาดเล็ก การแสดงประสบความสำเร็จอย่างงดงามและโปรโมเตอร์ชาวอเมริกันเซ็นสัญญากับคณะละครสัตว์ ดูบัวส์ปรากฏตัวขึ้นและแม้ว่านกเพนกวินจะขัดขวางแผนของเธอ แต่เอกสารที่เธอถือก็เผยให้คนอื่น ๆ เห็นว่าอเล็กซ์มาร์ตี้เมลแมนและกลอเรียไม่ใช่สัตว์ในละครสัตว์จริงๆ แต่เป็นสัตว์ในสวนสัตว์ที่พยายามจะกลับบ้าน สัตว์ในคณะละครสัตว์รู้สึกว่าถูกทรยศและขับไล่สี่คนออกไป สวนสัตว์และสัตว์ในละครสัตว์ต่างแยกย้ายกันไป แต่มาถึง Central Park ในเวลาเดียวกัน เมื่อมองเข้าไปในบ้านหลังเก่าของพวกเขาเหล่าสัตว์ในสวนสัตว์ต่างก็ตระหนักดีว่าการผจญภัยของพวกเขาได้เปลี่ยนแปลงพวกมันไปมากเพียงใดและตัดสินใจว่าสถานที่ที่แท้จริงของพวกมันอยู่กับคณะละครสัตว์ ดูบัวส์ปรากฏตัวและทำให้พวกมันสงบลง แต่ก่อนที่เธอจะตัดหน้าอเล็กซ์เจ้าหน้าที่สวนสัตว์มาถึงและเชื่ออย่างไม่ถูกต้องว่าเธอกำลังส่งคืนสัตว์ที่หายไป คิงจูเลียนกลับไปที่คณะละครสัตว์พร้อมกับข่าวและกีอาปลอบคนอื่น ๆ ว่าพวกเขาควรช่วยเพื่อนของพวกเขา สัตว์ในสวนสัตว์ตื่นขึ้นมาในกรงเก่าของพวกมันตอนนี้ล้อมรอบด้วยรั้วสูง ดูบัวส์ได้รับเกียรติจากเจ้าหน้าที่สวนสัตว์ แต่แอบโหลดลูกดอกที่เต็มไปด้วยพิษและเล็งไปที่อเล็กซ์ Gia เหวี่ยงตัวห้อยโหนและช่วยชีวิตเขาเผยให้เห็นว่าสัตว์เหล่านี้ได้เปลี่ยนละครสัตว์ให้กลายเป็น “วงเวียนบิน” ของบอลลูนอากาศร้อน พวกเขาช่วยเหลือสัตว์ในสวนสัตว์และร่วมกันปราบ DuBois อเล็กซ์และเพื่อน ๆ ของเขาเข้าร่วมคณะละครสัตว์อย่างถาวรและนกเพนกวินก็ส่งเรือดูบัวส์และคนของเธอออกจากลังที่มุ่งหน้าไปยังมาดากัสการ์