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La pellicola si apre con la scena finale del primo film: Elastigirl e Mr. Incredibile sono intenti a tentare di fermare il Minatore dallo svaligiare la banca di Metroville, mentre chiedono ai figli Violetta e Flash di badare al fratellino Jack-Jack. Presa da un attacco di frustrazione, dovuto al compito affidatole dai genitori, Violetta si leva la maschera rivelando la sua identità a Tony Rydinger, un ragazzo con cui aveva un appuntamento. Nel frattempo, nel tentativo di fermare il Minatore, gli Incredibili, aiutati anche da Siberius, provocano ingenti danni all’arredo urbano e all’arrivo della polizia vengono arrestati mentre il Minatore fugge con parte dei soldi rubati. Una volta rilasciati vengono informati della sospensione del programma di protezione governativo e vengono portati in un Motel, dove promettono di abbandonare per sempre la loro vita da Super. Inoltre l'agente Dicker, informato da Mr. Incredibile dell'incidente tra Violetta e Tony, cancella la memoria di quest'ultimo.

Quella sera Lucius, sfuggito all'arresto, informa Bob e Helen di un'offerta presentatagli da un certo Winston Deavor, un fanatico di supereroi proprietario di un'azienda di telecomunicazioni chiamata DevTech. Winston, insieme alla sorella Evelyn, propone di far pubblicità ai Supereroi per far loro riconquistare la fiducia alla cittadinanza, facendo vedere ciò che accade realmente ai Super durante le battaglie (e non ciò che i politici decidono di mostrare, cioè solo gli effetti collaterali delle loro imprese), dotandoli di microcamere installate sulle tute. Winston vuole che i Super tornino ad agire nella legalità perché attribuisce al governo la causa della morte dei suoi genitori, che telefonarono ai Super per chiedere aiuto quando dei ladri entrarono in casa, ma non ricevettero risposta (i Super erano infatti divenuti "illegali") e vennero uccisi dai malviventi. Dato che vuole evitare problemi legali, Winston decide di non mandare subito in azione Bob per la natura distruttiva dei suoi poteri; il progetto prevede il lancio tramite Helen, che avrebbe lavorato attraverso la sua vecchia identità di Elastigirl, mentre Bob dovrà rimanere a casa per badare ai bambini.

Bob è deciso a dimostrare che è capace di prendersi cura dei figli, compito che si rivela tutt'altro che facile: Violetta in piena crisi adolescenziale è arrabbiata per aver scoperto che Tony non sa più chi è, dato che la memoria gli era stata cancellata da Dicker, e a nulla serve un tentativo del padre di riavvicinarli. Bob deve inoltre aiutare Flash a svolgere i compiti di matematica e capire come gestire Jack-Jack, che manifesta i suoi primi superpoteri. Sotto consiglio di Lucius, Bob porta Jack-Jack da Edna Mode. Inizialmente arrabbiata per non essere stata interpellata per disegnare la nuova tuta di Elastigirl, la stilista accetta di prendersi cura del neonato e, dopo averne studiato i poteri (ed essersi affezionata al piccolo), crea una tuta in grado di contenerli.

Nel frattempo Elastigirl si trova a dover fronteggiare un misterioso criminale mascherato, l'Ipnotizzaschermi, che sottomette e manipola le persone attraverso immagini e parole che fa comparire sui display; il suo primo attentato è ai danni di un treno da poco inaugurato che Helen riesce a fermare dopo un rocambolesco inseguimento su moto. In seguito il criminale attacca l'elicottero che trasporta un'Ambasciatrice favorevole alla causa dei supereroi, ma anche questa volta Elastigirl riesce a risolvere la situazione.

Nel frattempo Winston presenta a Helen altri giovani aspiranti supereroi trovati in varie parti del mondo, quali Brick, Krushauer, He-Lectrix, Reflux, Screech e Voyd, una sua grande ammiratrice. In seguito, grazie anche al talento inventivo di Evelyn, Helen riesce a trovare il covo dell'Ipnotizzaschermi e dopo un acceso scontro riesce a catturarlo, scoprendo però che sotto la maschera sembra celarsi un ragazzo qualunque senza ricordi. Viene organizzato un party alla DevTech, dove Winston annuncia che ci sarà un incontro su un lussuoso aliscafo con i vari leader politici di tutto il mondo, durante il quale verrà firmato l'accordo legalizzare i Super. Durante questo incontro Helen, riguardando i video registrati dalla microcamera che aveva addosso, capisce di aver fatto arrestare la persona sbagliata, che agiva sotto l'ipnosi dovuta ai display presenti all'interno del visore della maschera, ma subito Evelyn le infila a forza il visore sugli occhi, rivelando di essere lei la mente dietro l'Ipnotizzaschermi. Evelyn è infatti convinta che i Super siano nocivi per la società, perché sollevano la gente dall'occuparsi dei propri problemi, oltre ad essere stati la causa della morte dei genitori (che aspettarono vanamente i Super invece che nascondersi nel rifugio di cui disponevano) ed è quindi decisa a farli bandire per sempre; il piano è di sabotare l'incontro organizzato dal fratello in modo da riuscire a rovinare completamente la reputazione dei Supereroi.

Evelyn contatta quindi Bob dicendogli che Helen è in pericolo; Mr. Incredibile si reca subito sul posto affidando i bambini a Lucius, ma viene attaccato da Elastigirl, sotto il controllo di Evelyn che lo costringe a indossare anche lui il visore ipnotizzante. Nel frattempo Voyd e gli altri Super, anch'essi soggiogati da Evelyn, attaccano la dimora dei Parr; e mentre Siberius viene catturato, Violetta, Flash e Jack-Jack riescono a fuggire sull'auto di Mr. Incredibile, la Incredimobile, fortunuosamente recuperata.

Flash, Violetta e Jack-Jack, raggiungono la nave della DevTech, qui Violetta va cercare i genitori ma rimane impegnata in uno scontro con Voyd mentre Flash perde di vista Jack-Jack. Nel frattempo gli ambasciatori di varie nazioni, con i loro Super hAnno firmato gli Accordi per rendere questi ultimi nuovamente legali. Subito dopo la firma Mr. Incredibile, Siberius ed Elastigirl, sotto il controllo di Evelyn dichiarano in diretta nazionale di non voler più aiutare la collettività, e di voler invece imporsi sui più deboli. Evelyn ordina poi ai Super di mettere fuori gioco i membri dell'equipaggio e dirottare la nave contro la baia della città, con gli ambasciatori ancora all'interno (in trance davanti a uno schermo ipnotico). Violetta, Flash e Jack-Jack, nel frattempo sfuggiti ai giovani Super si incontrano con i genitori e il piccolo riesce a usare i suoi poteri per rimuovere il visore della madre che libera rapidamente gli altri due.

Evelyn allora sguinzaglia tutti i giovani supereroi, ma Siberius e gli Incredibili, unendo le loro forze, riescono a liberarli dai visori di controllo, costringendo Evelyn a fuggire a bordo di un jet cercando di portarsi dietro anche Winston, il quale però, non approvando il comportamento della sorella, torna sulla nave per salvare gli ambasciatori. Mentre Mr. Incredibile si immerge sott'acqua legato all'ancora della nave per spostare manualmente il timone e impedire che si schianti sulla baia, Elastigirl penetra nel jet di Evelyn con l'aiuto di Voyd. Evelyn cerca in tutti i modi di ostacolare Helen, tentando di farla morire di ipossia, ma alla fine Helen riesce a far precipitare il velivolo e salvarla e la nave viene fermata in tempo. Con l'arresto di Evelyn i Super riacquistano rispetto e gratitudine e possono finalmente tornare ad agire nella legalità.

Nel finale Violetta riesce a presentarsi a Tony e la famiglia accompagna i due al cinema. Una volta arrivati, i Parr vedono un inseguimento tra la polizia e dei malviventi armati. Violetta lascia dunque Tony all’ingresso del cinema, promettendogli di tornare prima della fine dei trailer. Così gli Incredibili indossano le maschere e partono all'inseguimento con la loro nuova Incredimobile.