故事发生在1926年的纽约，彼时，麻鸡们对魔法师的抵制达到了最高峰，由玛丽露（萨曼莎·莫顿 Samantha Morton 饰）所领导的反魔法组织活动频繁。与此同时，街头巷尾之中时时发生的种种灾难意外让魔法世界的存在离暴露仅有一线之隔，整个魔法部陷入了空前紧张的气氛之中。 就在这个节骨眼上，环游世界进行着研究神奇魔法动物之行动的魔法动物学家纽特（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰）抵达了纽约，他随身携带的魔法手提箱里，装着几十种他一路营救的魔法动物们，而他的一举一动，均处于隶属于魔法部的前傲罗蒂娜（凯瑟琳·沃特森 Katherine Waterston 饰）的监视之下。一场意外中，麻鸡雅各布（丹·福格勒 Dan Fogler 饰）误拿了纽特的手提箱，并且放出了藏在箱子里的魔法动物，为此，纽特、蒂娜、雅各布和蒂娜的妹妹奎妮（艾莉森·苏朵儿 Alison Sudol 饰）不得不踏上了寻找魔法动物的旅途。

距上一次的冒险已经过去11个年头，转眼间安迪（约翰·莫里斯 John Morris 配音）变成了17岁的阳光男孩。这年夏天，安迪即将开始大学生活，他必须将自己的房间收拾整齐留给妹妹。此前，伍迪（汤姆·汉克斯 Tom Hanks 配音）与巴斯光年（蒂姆·艾伦 Tim Allen 配音）等玩具一直期待安迪再和他们玩耍，但是随着岁月的流逝，他们被冷落在箱子里很久了。安迪十分珍惜这些童年的玩伴，于是准备将他们收在阁楼。谁曾想，妈妈却把玩具们当作废物扔到街道上。玩具们误解了安迪，于是愤然出走，宁可被捐赠到阳光之家幼儿园。 伍迪尽力劝解大家，却收效甚微，只得独自黯然离开。巴斯光年他们原本以为将重新回到往昔的快乐时光，不料却陷入一场阴谋之中……

江湖中盛传得赤霄剑者得天下，而赤霄剑即将出现在大漠中的龙门客栈的消息也不胫而走，帮派、游侠、朝廷都被这虚无缥缈的消息吸引到了这一方小小客栈，尔虞我诈，波澜诡谲的故事即将在这里发生。

蓝妹妹（黛米·洛瓦托 Demi Lovato 配音）发现了一张遗落的地图，由此引发精灵们对于神秘村庄真实性的猜想。于是，满怀好奇心的蓝妹妹与聪聪（丹尼·朴迪 Danny Pudi 配音）、笨笨（杰克·麦克布瑞尔 Jack McBrayer 配音）、健健（乔·曼根尼罗 Joe Manganiello 配音）四个小伙伴组成冒险小分队，背着蓝爸爸（曼迪·帕廷金 Mandy Patinkin 配音）离开了精灵村，踏上了充满未知的探秘旅程。一路上，四个小伙伴为所见的新奇景物而兴奋，为陷入漆黑洞穴而慌张，上天下地一路萌行充满欢声笑语，直到他们遇到了最大的对手——格格巫（雷恩·威尔森 Rainn Wilson 配音）。 为抢先找到传说中神秘的蓝精灵村庄，格格巫用尽一切办法拦截冒险小分队，宿敌相遇一场激烈对抗在所难免，也为这场探秘之旅增加了更多的不确定性。值得注意的是，除了格格巫的追击堵截，一支头戴面具勇猛善战的蓝色娘子军也团团围住了冒险小分队。

在饱受战争蹂躏的非洲乡村，一名美国士兵和一名法国医生，在外星人的袭击中幸存下来。当他们在战场上寻找避难所时，士兵却忘记了他的真实身份，他们组成联合小队，这是人类应对外星人毁灭性入侵的最后一战