Грю и Люси теперь работают агентами в Анти-Злодейской Лиге (АЗЛ), охраняя мир от новых угроз. В начале фильма они пытаются поймать опасного злодея Бальтазара Брейка, бывшую звезду 80-х годов, который не смирился с утратой своей славы и теперь жаждет мести.
После неудачи в поимке Брейка, Грю и Люси теряют свои рабочие места в АЗЛ. Грю, находясь в депрессии из-за безработицы, внезапно узнает, что у него есть давно потерянный брат-близнец по имени Дрю. Дрю приглашает Грю и его семью посетить его на своем роскошном острове. Дрю оказывается полным противоположностью Грю: он веселый, богатый и успешный. Однако Дрю мечтает пойти по стопам их злодейского отца, и он просит Грю помочь ему в одном последнем преступлении.
Грю сначала сопротивляется, но в конечном итоге соглашается помочь брату. Вместе они планируют украсть самый ценный алмаз у Бальтазара Брейка. В это время Люси старается стать хорошей матерью для их дочерей, а миньоны, недовольные новой жизнью Грю, решают искать нового злодея, но в итоге оказываются в тюрьме.
Грю и Дрю сталкиваются с множеством препятствий, но их план в конечном итоге проваливается, и Брейк захватывает Грю. Люси и девочки приходят на помощь, и вся семья объединяется, чтобы одолеть Бальтазара Брейка в эпической битве. В итоге Грю понимает, что его настоящее предназначение — не быть злодеем, а быть хорошим отцом и мужем.
Фильм заканчивается тем, что Грю и Люси восстанавливают свои позиции в АЗЛ, миньоны возвращаются к Грю, и вся семья, включая нового члена — Дрю, готова к новым приключениям.