从前，有一个顽皮的小男孩叫尼尔斯，他十分喜欢搞恶作剧，经常欺负家里的小动物。一天，他在家里因为捉弄了小精灵，被变成了拇指大的小人，可以听懂动物的话。为了把自己变回原形，尼尔斯寻求小动物的帮助，可是曾经受过他欺负的小动物却不肯帮他。

尼尔斯发现家里的雄鹅莫顿想随着大雁飞走，他怕父母担心，就紧紧抱住雄鹅，结果被带上天空，开始了一次奇妙的旅程。

在途中，一开始领头雁阿卡并不愿意带着尼尔斯旅行。因为尼尔斯不顾自身安危从狐狸斯密尔口中救出一只大雁，才得到大雁的信任。在库拉山，大雁们被邀参加一年一度的盛大的鹤之舞表演大会，尼尔斯和领头雁阿卡救了黑老鼠，得到了白鹤的尊重。尾随而来的狐狸斯密尔趁机咬死一只大雁，还向大雁提出条件，让他们交出尼尔斯，但被大雁拒绝。

狐狸一路追到斯莫兰省，他挑唆乌鸦劫持尼尔斯，尼尔斯巧妙留下行踪，最后获救，之后他们终于在梅拉伦湖畔制服了斯密尔。

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之后尼尔斯又从动物园中解救了被关在笼中的老鹰高尔果，帮助放鹅姑娘奥茨找到父亲，解救天鹅湖大熊鹅，阻止人们夺走鸟儿的家园。旅途中，尼尔斯与大雁相互帮助化解了一个又一个危机，建立了深厚的情感，尼尔斯已经从顽皮捣蛋慢慢变成一个善良勇敢的好孩子，成为了动物们的好朋友。

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他们在一月踏上了南飞的路，最后把尼尔斯送回了家，雄鹅莫顿被妈妈抓了起来，尼尔斯奋不顾身站了出来，救下莫顿，这一刻，尼尔斯奇迹般的变了回来。

尼尔斯一家终于团聚了，第二天，尼尔斯与雁群告别后，开始了新的生活。