L'histoire se déroule trois ans après les événements du premier film. Le groupe des Bellas de Barden est maintenant dirigé par Beca et Chloe, et a trois victoires au Championnat national universitaire de chant a cappella. Cependant, le groupe fait partie d'un scandale national quand, lors d'une prestation du Kennedy Center pour l'anniversaire du Président Obama, "Amy la Baleine" déchire accidentellement son pantalon, dévoilant ses parties génitales au public, ne portant pas de sous-vêtements. À cause de ce scandale, les Bellas sont suspendues du Championnat. Beca arrive alors à marchander pour que les Bellas puissent réintégrer la compétition à condition qu'elles gagnent le championnat du monde de chant a cappella.
Emily Schneck, une jeune fille qui commence son année de seconde, espère marcher dans les pas de sa mère Katherine en devenant une Bella. Elle va voir une performance des Troubadurs, dirigés maintenant par Jesse, le petit ami de Beca. Benji, le meilleur ami de Jesse, rencontre Emily et a le béguin pour elle.
Les Bellas apprennent que Das Sound Machine, un groupe de house allemand, ont remplacé le groupe pour leur tournée. En parallèle, Beca a commencé un stage dans un studio d'enregistrement, secret uniquement connu de Jesse.
Emily va voir les Bellas pour auditionner devant elle, étant donné qu'elles étaient absentes de la journée d'auditions. Elle y chante sa chanson encore en progrès, "Flashlight", et réussit à les rejoindre.
Dans un spectacle où les vainqueurs du Championnat national sont censés se représenter, les Bellas rencontrent leurs rivaux, DSM, dirigés par les intimidants Pieter Krämer et Kommissar, qui prennent un malin plaisir à dénigrer le groupe de filles. Plus tard, les Bellas sont invitées dans un battle contre DSM, ainsi que d'autres groupes. Les Bellas arrivent en finale, mais perdent face à DSM quand Emily, paniquée, commence à chanter sa chanson, qui ne correspond pas à la catégorie du battle : Hits Hip-Hop des années 1990.
Le lendemain, les chances de gagner des Bellas tournent au désastre que les cheveux de Cynthia Rose prennent feu à cause des installations. Dans l'espoir de retrouver l'harmonie, Chloe emmène le groupe en retraite dans un camp dirigé par l'ancienne dirigeante des Bellas, Aubrey. Beca se dispute avec Chloe sur le fait qu'elle soit la seule à se préoccuper de l'avenir après les Bellas et sur l'obsession de Chloe pour le championnat du Monde.
Pour prouver à son patron qu'elle est capable de produire de la musique, Beca offre à Emily la chance de produire "Flashlight" dans le studio d'enregistrement. Le groupe réalise qu'il se séparera un jour ou l'autre, et les filles retrouvent l'harmonie en chantant "Cups (When I'm Gone)", la chanson qui avait permis à Beca de rejoindre les Bellas dans le premier film. Amy réalise qu'elle est amoureuse de Bumper, et le lendemain, elle s'en va s'excuser auprès de lui en canoë en chantant "We Belong". Blessé, Bumper commence par rejeter Amy, puis la pardonne au fur et à mesure de la chanson. Au studio, Emily et Beca présentent leur chanson au patron de Beca, qui leur dit qu'il est envieux de leur talent et qu'il a hâte de travailler avec elles.
Les Bellas ont leur diplôme et se dirigent à Copenhague pour le championnat du Monde. Elles chantent une version harmonisée de "Flashlight" avec Aubrey, Katherine, et les anciennes Bellas. Les Belles gagnent le championnat et retrouvent leur intégrité. Avant que les Bellas diplômées ne quittent Barden, elles offrent à Emily un bizutage en bonne et due forme en la faisant descendre l'escalier de la maison sur une luge.
Dans une scène post-générique, on peut voir Bumper se représenter à The Voice et choisir Christina Aguilera en tant que coach, avant de lui faire un câlin étrangement long.