尼尔斯是个调皮的小男孩，他无意间得罪了小精灵，被小精灵变成了一个小人儿。家里的雄鹅莫顿想跟着大雁一起去旅行。尼尔斯情急之下骑在雄鹅的背上，却被雄鹅带上天，开启了他奇幻的飞行之旅。
雄鹅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。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。
斯康耐平原上发生了一桩怪事。一位老奶奶目睹了小人儿尼尔斯将松鼠宝宝送给母松鼠喂奶的过程。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。
不知不觉，尼尔斯已经跟随雁群飞行了一个多星期。在这一个多星期里，他感受到了自由和快乐，对旅行充满了期待。
格里敏大楼里正在上演一场黑老鼠和灰老鼠之间的斗争。阿卡和尼尔斯受邀到格里敏大楼帮助黑老鼠对抗灰老鼠。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，狐狸斯密尔怂恿紫貂和水獭偷袭雁群，却被尼尔斯识破，他再一次救了大雁。在小卡尔斯岛上，尼尔斯为了解除山羊的生存危机，他让莫顿假装受伤引诱贪心的狐狸，三只狐狸中计掉进了深不见底的“地狱洞”。在陶庚湖，尼尔斯救下了绿头鸭，让绿头鸭重获自由。后来，尼尔斯在公园里遇到了被关的小雕高尔果，他帮助高尔果逃出了笼子。这些经历让尼尔斯变得越来越善良，越来越勇敢。
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。到达斯康耐后，阿卡用一袋金币答谢尼尔斯，但尼尔斯却拒绝了。
尼尔斯回家打听情况，却发现雄鹅莫顿就要被父母杀掉了。危急时刻，他勇敢地敲门阻止了父母。这时，尼尔斯变回了原来的样子。