Synopsis:

Tony Stark se remémore le nouvel an 1999 à Berne, il y évite avec arrogance le scientifique Aldrich Killian pour passer la nuit avec la chercheuse Maya Hansen. 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 ChitaurisN 1, Stark 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, 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, laissent le gouvernement américain impuissant qui confie à James Rhodes, 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, est victime d'un de ces attentats, Stark défie le Mandarin par le biais des médias. La réponse du terroriste ne se fait pas attendre et la maison de Stark est détruite par des tirs d'hélicoptères. Potts et Hansen (cette dernière étant entretemps 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 (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 causée 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 et Eric Savin, 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. En même temps, 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, mais arrive trop tard pour empêcher l'enlèvement du président 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.