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.
Sherrie, jeune provinciale, rencontre Drew, garçon de la ville, sur le Sunset Strip, alors qu'ils tentent de percer à Hollywood. Rock Forever raconte leur histoire d'amour à travers les tubes de Bon Jovi, Def Leppard, Foreigner, Journey, Poison, REO Speedwagon, et Twisted Sister...
Lors d'un concours national de chant a cappella, un groupe féminin de l'Université de Barden, les Bellas, se produit. Tout se passe bien jusqu'à ce qu'Aubrey Posen, chanteuse soliste du groupe, vomisse sur scène pendant son solo. Elles sont publiquement humiliées, et perdent ainsi toute chance de victoire. Quatre mois plus tard, Beca Mitchell arrive à l'Université de Barden, en tant qu'étudiante de première année. Elle ne veut pas vraiment y aller, mais elle y est forcée par son père, un professeur d'université, avec qui Beca a une relation tendue. Elle souhaite faire une carrière de DJ, et passe son temps à faire des mix de chansons. Elle obtient un stage à la station de radio de l'école, rencontrant ainsi un autre étudiant de première année, Jesse Swanson, qui se sent immédiatement attiré par Beca.
Quand le père de Beca apprend qu'elle n'assiste pas aux cours, il va la voir avec une proposition : si elle rejoint un club de l'école, et ne veut toujours pas rester à l'université au bout d'un an, il lui permettra d'abandonner ses études et il paiera pour que Beca puisse suivre sa carrière musicale à Los Angeles. Un jour, alors que Beca chante sous sa douche, elle est repérée par Chloé Beale, co-leader des Bellas avec Aubrey, qui lui demande de passer l'audition de chant. Beca finit par rejoindre à contre-cœur les Bellas. Aubrey, d'abord rétive à admettre Beca dans le groupe, finit par l'engager, convaincue par le talent de Beca, et aussi en raison d'une pénurie de membres dans leur groupe. Parallèlement, Jesse est pris dans le groupe des Troubadurs (VQ : Treblemakers), le groupe ennemi des Bellas.
Les Bellas participent à la compétition régionale universitaire du sud-est de la Caroline, où, sous le commandement d'Aubrey, elles exécutent leur mash-up des Bellas, comme à la finale de l'année précédente. Malgré leur vieille liste de chansons, les Bellas réussissent à atteindre la deuxième place, se qualifiant pour les demi-finales avec les Troubadurs qui sont premiers. Une bagarre brève après la compétition mène à l'arrestation de Beca par la police. Jesse, le seul qui est resté pendant son arrestation, paie sa caution et appelle son père, pensant aider Beca. Ce dernier dit alors à Beca qu'il ne veut plus payer pour le voyage à Los Angeles qu'elle souhaite effectuer pour sa carrière. Ceci exaspère Beca, qui retourne sa colère contre Jesse. Plus tard, Beca suggère aux Bellas d'essayer d'être plus audacieuses, mais Aubrey insiste pour qu'elles gagnent avec le même répertoire que le groupe utilise depuis toujours.
Aux demi-finales, Beca improvise un chorus d'une de ses chansons favorites, en l'intégrant dans le mash-up des Bellas, afin de raviver l'intérêt du public qui commençait à se démobiliser en les écoutant. Les Bellas décrochent la troisième place derrière les Troubadurs et les Haut de Gamme. Bien que le public ait semblé aimer le remix de Beca, Aubrey se met en colère contre Beca, l'accusant même de sortir avec Jesse et donc de ne pas respecter le règlement de leur groupe. Après une brève dispute avec Jesse où Beca lui dit qu'elle en a marre de lui, Beca abandonne le groupe. Quand les Haut de Gamme sont disqualifiés de la compétition nationale car le chanteur principal n'était qu'au lycée, les Bellas sont appelées pour les remplacer. Elles se reforment après les vacances de printemps, mais sans Beca. Pendant les répétitions, Chloé s'élève contre l'obstination d'Aubrey. Le groupe commence à se désagréger, et une bagarre survient. En même temps, Beca tente de faire ses excuses à Jesse, mais il les refuse. Beca vient alors présenter ses excuses aux Bellas à propos de ses actions pendant les demi-finales et demande si elle peut avoir une autre chance, ce qu'Aubrey accepte finalement. Après avoir eu une conversation intime entre elles, les Bellas décident d'adopter le style de musique plus moderne et original de Beca. En attendant, le leader des Troubadurs, Bumper, lâche son groupe pour aller à Los Angeles, afin d'être choriste pour John Mayer. Une fois Bumper parti, Jesse persuade le groupe de laisser son colocataire Benji, précédemment rejeté, les rejoindre.
À la compétition a cappella nationale, les Bellas chantent un mash-up arrangé par Beca, incluant « Don't You (Forget About Me) », une chanson du film The Breakfast Club, un des films préférés de Jesse : c'est en fait une façon pour Beca de lancer un appel à Jesse. Les filles font un carton avec le mash-up de Beca, et après leur performance, Jesse pardonne à Beca, et ils s'embrassent. Six mois plus tard, on voit les deux groupes qui font passer des auditions pour recruter de nouveaux membres et on voit seulement à cet instant que les Bellas ont gagné le concours national2.
Été 1963, Bébé (Baby en VO) — de son vrai prénom Frédérique (Frances en VO) — fille cadette de 17 ans d'une riche famille américaine, passe ses vacances avec ses parents et sa sœur dans la région des montagnes Catskill dans l'État de New York, à la pension de la famille Kellerman. Elle se trouve mêlée à la vie des employés de la pension et se trouve confrontée à un monde qui lui est complètement étranger, celui de la danse. Malgré le désaccord de son père, Bébé connaît une histoire d'amour avec Johnny, professeur de danse de l'établissement, qui est issu d'un milieu social très différent de celui de la jeune femme.
Cinq ans plus tard, la Fièvre du samedi Soir brûle toujours pour Tony Manero. Voici que se présente la plus belle occasion pour lui de devenir danseur sur une scène à Broadway.
Deux ans après l'aventure de Sandy à la Rydell High School, les élèves de l'école accueillent Michael, le cousin de Sandy. Celui-ci tombe amoureux de Stéphanie Zinone, la meneuse des Pink Lady. Pour lui plaire il est prêt à tout et, sans dévoiler son identité, apprend à piloter une moto mieux que quiconque. Quand Stéphanie le voit, elle tombe amoureuse du motard cool de ses rêves et tente par tous les moyens de le retrouver, ce qui se produit a plusieurs reprises.
Malheureusement, Johnny, l'ex de Stéphanie décide de couper court à l'idylle, car celui-ci est jaloux. Le règlement des Pink Lady menace également les amoureux. Au moment où Michael allait révéler son identité à Stéphanie, Johnny le poursuit à l'aide des T-Birds et Michael tombe d'une falaise. Stéphanie est persuadée qu'il est mort. Qu'adviendra-t-il des amoureux...
Le film raconte la vie dans une senior high school (en) américaine2 à la fin des années 1950.
Durant l'été 1958, Sandy Olsson, une étudiante australienne en vacances aux États-Unis, rencontre Danny Zuko, le chef de la bande des T-Birds. Leur amour est cependant interrompu par la fin des vacances car Sandy doit retourner en Australie.
Toutefois, le hasard fait que Sandy reste en Amérique et qu'elle intègre en dernière année3 Rydell High, le même établissement que celui où étudie Danny. Elle y rencontre un groupe de filles, les « Pink Ladies », mené par Betty Rizzo. Sans savoir qu'ils sont tout proches, Danny et Sandy racontent, chacun de leur côté, à leurs amis leur amour de vacances. Danny et Sandy finissent par se rencontrer et décident de reprendre leur relation bien que tout les oppose à l'école...
En parallèle, se joue la rivalité entre le gang de Danny ? les « T-Birds » ? et le gang des « Scorpions ». La course de voitures dans laquelle ils s'affrontent sera déterminante.