有一个调皮的小男孩叫尼尔斯。因为在家里捉弄了一只小精灵，他被小精灵变成了一个拇指大小的小人儿。这时，天空中飞过一群大雁，家里的一只雄鹅也想和大雁一起飞行。尼尔斯为了阻止雄鹅飞走，就抱住了雄鹅莫顿的脖子，却被莫顿带上了天空，越飞越高。从此，尼尔斯就开始了神奇的骑鹅之旅。
领头雁名叫阿卡，她对尼尔斯十分警惕。不过，尼尔斯从狐狸斯密尔手中救下了一只大雁后，便得到了阿卡的信任。大雁阿卡答应带尼尔斯一起去旅行。此后，斯密尔却对尼尔斯怀恨在心，一直跟踪大雁，找机会偷袭。
大雁们飞到了农庄，在这里尼尔斯帮助一只被关在笼子里的母松鼠，他把松鼠的孩子们送过来喂奶。农庄的主人觉得囚禁这只母松鼠是件很不光彩的事，他吩咐老奶奶把母松鼠和她的孩子们都送回了榛树丛。从此，尼尔斯在动物界留下了好名声，动物们都愿意找他帮忙。
雁群飞到了厄兰岛，尼尔斯在这里救了灰雁邓芬。在叶尔斯塔湾，尼尔斯又遇到了斯密尔。为了逃脱斯密尔的追捕，尼尔斯来到附近的农舍，解开了看门狗的锁链。当看门狗扑倒斯密尔时，尼尔斯赶紧用狗链拴住了斯密尔。斯密尔成了一条“看门狗”。
在法隆市，尼尔斯解救了被困在小房子里的渡鸦巴塔基。巴塔基告诉尼尔斯只要有人愿意和他交换身份，他就能重新变回人。但是，尼尔斯不想背弃莫顿，也不想伤害无辜的人，他选择了继续做个小人儿。
尼尔斯在斯康森动物园里救出了一只名叫高尔果的小雕，在尼尔斯的撮合下，高尔果和他的养母阿卡和好如初。达拉普兰后，尼尔斯遇到了放鹅姑娘奥萨和她的弟弟小马茨，在尼尔斯的帮助下奥萨终于找到了自己的父亲。
在拉普兰快乐地生活了几个月后，大雁们准备启程南飞了。回到斯康耐后，阿卡想把自己多年前发现的金币送给尼尔斯作为酬谢，可尼尔斯却拒绝了。
得知家里的日子过得很艰难，尼尔斯悄悄回到家中一看究竟，却发现莫顿和邓芬被父母抓住了。为了刀下救“人”，他鼓起勇气捶打屋门，这时他变回了原来的样子。