Nel sequel del primo film, gli animali dello zoo di New York, Alex il Leone, Marty la Zebra, Melman la Giraffa e Gloria l'Ippopotamo, ancora bloccati in Madagascar, iniziano a lasciare l'isola. All'improvviso, atterrano nella natura selvaggia dell'Africa. Lì, Alex incontra presto il resto della sua famiglia e inizia ad avere problemi di comunicazione con loro dopo aver trascorso molto tempo allo zoo di Central Park.
Uscito il 7 novembre 2008, Madagascar: Escape 2 Africa ha incassato 603,9 milioni di dollari a fronte di un budget di 150 milioni, diventando il sesto film di maggior incasso del 2008. Il film è stato dedicato a Bernie Mac, morto prima dell'uscita del film. Il sequel, Madagascar 3: Europe's Most Wanted, è uscito nel 2012.
In Africa, il leone Zuba cerca di insegnare a suo figlio Alakay a combattere, ma il cucciolo è più interessato a ballare. Il maschio rivale Makunga sfida Zuba per il titolo di leone alfa e durante la lotta Alakay viene catturato dai bracconieri. La cassa che conteneva Alakay cade nell'oceano e va alla deriva a New York, dove viene ribattezzato Alex e cresce allo zoo di Central Park con Marty la zebra, Melman la giraffa e Gloria l'ippopotamo.
Anni dopo, dopo l'avventura in Madagascar, gli animali dello zoo - Alex, Marty, Melman, Gloria, i pinguini Skipper, Kowalski, Rico e Private e gli scimpanzé Mason e Phil - si preparano a tornare a New York a bordo di un aereo malconcio pilotato dai pinguini e accompagnato dai lemuri King Julien, Maurice e Mort. L'aereo finisce il carburante e si schianta nell'Africa continentale. Gli animali si ritrovano in una riserva naturale e sono entusiasti di incontrare altri esemplari della loro specie. Alex si riunisce ai suoi genitori e li impressiona con i racconti sul suo status di "re di New York". Marty si inserisce in un branco di altre zebre che hanno il suo stesso aspetto e la sua stessa voce. Melman, ipocondriaco, è angosciato dal fatto che la riserva non abbia medici, così le altre giraffe lo nominano stregone. In cerca di romanticismo, Gloria attira l'attenzione dell'ippopotamo maschio Moto Moto, un uomo dalla parlantina fluida.
Nel frattempo, i pinguini si mettono a riparare l'aereo, assistiti da numerosi scimpanzé reclutati da Mason e Phil. Rubano i veicoli di alcuni gruppi di newyorkesi che stanno facendo un safari e li smontano per ricavarne i pezzi. Nana, una donna anziana e dura che aveva preso a schiaffi Alex durante gli eventi di Madagascar, si prende cura dei turisti bloccati e li aiuta a sopravvivere nella natura selvaggia.
L'eccitazione degli animali dello zoo si trasforma presto in delusione. Per spodestare Zuba come leone alfa, Makunga insiste affinché Alex completi un rito di passaggio che Alex scambia per una gara di talento. In realtà si tratta di una gara di combattimento e Makunga lo inganna facendogli scegliere il leone più forte come avversario, causando l'umiliante sconfitta di Alex. Di fronte al dovere di bandire suo figlio, Zuba rinuncia al suo titolo di alfa e Makunga prende il suo posto. Nel frattempo, Marty è sconfortato dalla consapevolezza che le altre zebre possono fare tutto quello che può fare lui, ritenendosi non più unico. Melman si convince di essere malato di morte e l'interesse di Gloria per Moto Moto lo rattrista, visto che la ama segretamente da molto tempo. I quattro amici discutono animatamente tra loro. Gloria ha un appuntamento con Moto Moto, ma perde interesse quando si rende conto che lui è attratto da lei solo per la sua taglia. Dopo un discorso di incoraggiamento da parte di Re Julien, Melman rivela finalmente i suoi sentimenti per Gloria.
Il giorno dopo, gli animali vanno nel panico quando l'abbeveratoio si prosciuga. Deciso a riscattarsi, Alex ricambia l'amicizia con Marty e i due lasciano la riserva per indagare a monte. Re Julien suggerisce di offrire un sacrificio al vicino vulcano per ripristinare l'acqua. Melman, disperato e convinto di stare per morire, si offre volontario per il sacrificio. Gloria gli impedisce di gettarsi nel vulcano e capisce che la ama per qualcosa di più del suo aspetto. Alex e Marty scoprono che i newyorkesi bloccati hanno costruito un campo e arginato il fiume e Alex viene catturato da loro. Zuba accorre in suo aiuto, ma Alex li salva entrambi ballando per i turisti, che lo ricordano con affetto dallo zoo. Marty, Melman, Gloria, i pinguini e gli scimpanzé arrivano con l'aereo riparato e aiutano Alex a distruggere la diga, ripristinando l'acqua. Makunga si ribella con rabbia per ottenere il controllo della situazione, ma Alex lo costringe a farsi sottomettere da Nana. Zuba offre ad Alex il titolo di leone alfa, ma lui rifiuta e padre e figlio diventano co-leader.
Il pinguino Skipper sposa un pupazzo di peluche dell'aereo e lui, gli altri pinguini e gli scimpanzé vanno in luna di miele a Monte Carlo. Alex, Marty, Melman, Gloria e i lemuri decidono di rimanere nella riserva per un po'.