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尼尔斯是一个十分顽皮，没有同情心，经常捉弄小动物，爱搞恶作剧的小男孩。

他因为捉弄小精灵，被它用魔法变成了一个拇指大小的小人。看见尼尔斯受到报应，动物们幸灾乐祸，都来欺负他。正当他后悔莫及之时，大雁从空中飞过，家鹅莫顿跃跃欲试，想一起“旅行”，尼尔斯为不让雄鹅飞走，不慎被它带上蓝天，开始了冒险旅程。

他跟随大雁走遍瑞典，饱览旖旎风光，经历种种磨难。他破坏了狐狸密尔斯的诡计，帮大雁逃脱；他打败了灰田鼠兵团，救出小松鼠……尼尔斯和大白鹅莫顿在旅行中建立了深厚的友情。尼尔斯在大白鹅危难之际帮它脱险，大白鹅也在尼尔斯身边默默关心他，为他找能吃的食物，帮他取暖，建房过冬。

尼尔斯在危险和困难中锻炼了自己，最终回到家中，恢复了身形。经历了诸多情景，打开眼界的尼尔斯，回到爸妈身边变得成熟了，由先前虐待动物、不爱学习、爱恶作剧的男孩转变成一个善良、正直、有责任心的男孩。