Seis años después de los acontecimientos de la primera película, Ralph y Vanellope siguen siendo los mejores amigos, pasando el rato después del trabajo en Litwak's Arcade. Ralph está contento con su vida, pero Vanellope anhela la emoción y expresa lo aburrida que se ha vuelto de la previsibilidad de Sugar Rush. Para complacerla, Ralph se cuela en su juego y hace un camino secreto. Al día siguiente, cuando Vanellope lucha contra el mando de la recreativa para probar la pista, el volante del mueble se rompe. Como la empresa que fabricó Sugar Rush ha desaparecido y el coste de un volante de repuesto en eBay es demasiado elevado, Litwak decide desechar Sugar Rush y desenchufa el juego, dejando a sus ciudadanos sin hogar.

El Protector de la Oleada encuentra un hogar para todos los ciudadanos de Sugar Rush como medida a corto plazo mientras averiguan cómo salvar el juego, y Félix y Calhoun adoptan a los corredores. Recordando a eBay, Ralph y Vanellope viajan a través del nuevo router Wi-Fi de Litwak a Internet, un lugar donde los sitios web se representan como edificios en una ciudad en expansión, los avatares representan a los usuarios y los programas son personas.

El motor de búsqueda KnowsMore les dirige a eBay, donde ganan la subasta por el volante aumentando involuntariamente el precio a 27.001 dólares; sólo tienen 24 horas para reunir los fondos, o perderán la puja y el volante. De camino a la salida, se encuentran con el vendedor de artículos publicitarios J. P. Spamley, que se dedica a la intermediación de artículos obtenidos de videojuegos y les ofrece un lucrativo trabajo: robar un coche de Shank, el personaje principal del popular juego de carreras centrado en el battle royale Slaughter Race. Roban el coche de Shank, pero ella los detiene antes de que puedan salir del juego con él. Sugiriendo otra forma de ganar dinero en Internet, procede a hacer un vídeo viral de Ralph y lo sube al sitio para compartir vídeos BuzzzTube. Los dirige al algoritmo principal de BuzzzTube, Yesss, que está encantado con la popularidad del vídeo de Ralph. Deciden hacer más vídeos, que les harán ganar el dinero de la rueda si atraen suficientes visitas.

Vanellope se ofrece a ayudar a publicitar los vídeos, y Ralph hace que Yesss la envíe a Oh My Disney. Allí, mientras los Stormtroopers la persiguen por hacer publicidad en el sitio, Vanellope se hace amiga de las Princesas Disney, siendo animada por ellas a hablar de su sensación de insatisfacción y alcanzando una epifanía en forma de canción "I Want" sobre el tema. Ralph gana suficiente dinero para comprar la rueda, pero encuentra a Vanellope hablando con Shank sobre la posibilidad de quedarse en Slaughter Race, ya que se ha sentido como en casa debido a su relativa novedad e imprevisibilidad en comparación con Sugar Rush.

Preocupado por perder a su amiga para siempre, Ralph pide a Spamley una forma de sacar a Vanellope del juego y es llevado al vendedor de la red oscura Double Dan, que proporciona a Ralph un virus, Arthur, que se alimenta de las inseguridades y las replica. Cuando Ralph libera a Arthur en Slaughter Race, éste replica el fallo de Vanellope, provocando un reinicio del servidor. Ralph, Shank y los demás ayudan a Vanellope a escapar antes de que el juego se reinicie. Vanellope se culpa a sí misma del fallo, pero Ralph le confiesa que el fallo fue en realidad culpa suya. Indignada, Vanellope tira su medalla de galleta de héroe y sale corriendo.

Cuando un Ralph agobiado por la culpa encuentra su medalla, ahora rota por la mitad, Arthur copia las inseguridades de Ralph y hace duplicados de éste. Los clones invaden Internet en un ataque de denegación de servicio y persiguen a Vanellope para quedarse con ella. Ralph la salva e intenta atraer a los clones hacia un cortafuegos, pero éstos forman un monstruo gigante de Ralph que se apodera de ambos. Ralph llega a aceptar que Vanellope puede tomar sus propias decisiones, dejando de lado sus inseguridades. Esto también hace que el monstruo gigante de Ralph y los clones desaparezcan, y Ralph y Vanellope se reconcilian. Ralph le da la mitad de la medalla rota a Vanellope y se despiden de forma sincera, ya que Shank ha dispuesto que Vanellope vuelva a aparecer en Slaughter Race.

De vuelta al salón recreativo, Sugar Rush es reparado y Ralph participa en actividades sociales con los otros personajes del salón mientras se mantiene en contacto con Vanellope a través del videochat, sintiéndose satisfecho con su nueva capacidad de ser independiente.