La famiglia di Gru e Lucy si allarga con l'arrivo di Gru Jr. che però non va d'accordo con il padre, anzi lo detesta e fa di tutto per rendergli la vita impossibile. Gru si reca a una riunione di ex alunni del liceo Lycée Pas Bon che ha frequentato da ragazzo. Durante il ricevimento incontra nuovamente Maxime Le Mal, un ex alunno che odia Gru per dei fatti risalenti agli anni di scuola, quando Gru gli ha "rubato" lo spettacolo al talent show scolastico.

Maxime svela di essersi sottoposto a esperimenti per avere dei superpoteri, in modo da poter conquistare il mondo; Gru lo fa arrestare con l'aiuto della AVL (Anti-Villan League) di cui fa parte come agente sotto copertura. Con l'aiuto della sua fidanzata, Valentina, Maxime riesce a scappare dalla prigione e svela la sua nuova invenzione: una pistola che può trasformare le persone in ibridi umano-scarafaggio. Maxime vuole usare la pistola sul piccolo Gru Jr. per vendicarsi di suo padre.

L'AVL informa Gru dell'evasione e della minaccia nei confronti della sua famiglia, così Gru, sua moglie Lucy, Margo, Edith, Agnes e Gru Jr. vengono spostati in un'altra città e messi sotto protezione. Mentre la famiglia di Gru cerca di adattarsi alla situazione, l'AVL ha preso in carico la maggior parte dei Minion, e Silas ne seleziona cinque per sottoporli a un esperimento e farli diventare Megaminion.

Poppy, la figlia teenager della famiglia Prescott, i nuovi vicini di casa di Gru, riconosce quest'ultimo poichè è un'aspirante villain e lo ricatta: se non aiuta Poppy e Gru Jr. a rubare la mascotte del liceo Lycée Pas Bon minaccia di mandare all'aria la sua copertura. A Gru non resta che aiutarli in quest'impresa che ovviamente scatenerà una serie di disastrose circostanze.