小男孩尼尔斯是镇上最顽皮的一个孩子，他不仅不爱学习，还总爱捉弄动物。有一天，他捉弄了一只小狐仙，结果受到了小狐仙的惩罚，变成了一个拇指大的小人。他原想找小狐仙，结果那天正好是大雁向北迁徙的日子。雄鹅莫顿对大雁的呼叫动了心。尼尔斯怕父母伤心就抱住了莫顿的脖子，没想到莫顿就在那一刻学会了飞翔。尼尔斯就这样被莫顿带上了天，开启了他奇幻的飞行之旅。
飞着飞着，莫顿的体力跟不上雁群。雁群首领阿卡不愿因为一只家鹅耽误大家北飞的行程。然而，到了深夜。一只狡猾的狐狸斯密尔偷袭了雁群，叼走了一只大雁。尼尔斯穷追不舍救下了那只大雁。此后，尼尔斯便得到了阿卡的信任，阿卡答应带着尼尔斯和莫顿一起去拉普兰。
尼尔斯先是到达了斯康耐平原。在这里，尼尔斯帮助了一位松鼠宝宝。没想，他将松鼠宝宝送给松鼠妈妈喂奶的过程被一位老奶奶给目睹了全程。农庄主人被这一不可思议的事情触动了，他决定让母松鼠一家重新回到榛树丛。从此，尼尔斯在动物界出名了，只要动物们遇到困难都会寻求尼尔斯的帮助。
在格里敏大楼里，黑老鼠与灰老鼠正在上演领地争夺战。阿卡和尼尔斯受邀到格里敏大楼帮助原住民黑老鼠对抗入侵者灰老鼠。在尼尔斯的帮助下，黑老鼠打败了入侵的灰老鼠，守住了家园。
在罗纳比河，尼尔斯再次识破狐狸斯密尔的诡计，又救了雁群一次。
在小卡尔斯岛上，尼尔斯帮助了住在山洞里的山羊。他让莫顿假装受伤引诱贪心的狐狸，让三只祸害山羊一组的狐狸掉进了深不见底的“地狱洞”。
在陶庚湖，尼尔斯让绿头鸭重获自由。
后来，在旅途的最后一站，尼尔斯遇到了被关在笼子里，曾经阿卡被养过的小雕高尔果，他又帮助高尔果逃出了笼子。这一路奇妙的旅行，早已让尼尔斯蜕变成了一个勇敢善良的孩子。
在拉普兰大峡谷生活了一段时间后，大雁终于开始了南飞的旅程。尼尔斯和莫顿就跟随着大雁回到了家中。他打算悄悄地看望父母，却发现父母正要杀掉莫顿。为了救下他的朋友，他克服了心理障碍，勇敢的敲响了父母的房门。就在尼尔斯决心救下朋友的那一刻，他变回了原来的样子。
就这样，经过八个月的奇幻旅行后，尼尔斯总算是恢复了人形。
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