新年又到了，洪太郎怀了宝宝。然而，本该其乐融融的狼堡却因为灰太狼抓不到羊而召开了“声讨会”。不甘失败的灰太狼为了重振狼族地位，决定带着妻儿去打羊赛。这时，青青草原上空，一艘巨型“糖果飞船”从天而降，一位来自月球的不速之客————兔缓缓走了出来。令人称奇的是，自称魔术师的兔子一见到喜羊羊就立刻认出他是月亮的救星，甚至将他隐藏已久的身世之谜公之于众。原来，很久以前，是喜羊羊的父母把荒芜的月亮变成了五彩缤纷的糖果世界，而现在，野心勃勃的苦瓜大王正试图把它变成一个“苦球”。为了保存父母的心血，喜羊羊带着它的羊队登上了去月球的飞船，却误打误撞，来抓羊的灰太狼一家也搭上了这趟太空之旅。月亮之上，一切看似繁华，实则暗藏动荡。幸好喜羊羊机警，识破了苦瓜王冒充月亮女王的阴谋。众人这才脱险，却被瓜兵追击冲散。在巧克力钟乳石洞里，灰太狼一家遭到了瓜兵的伏击。与妻儿失散的灰太狼冒险进入苦瓜大王的城堡，却不幸被瓜兵俘虏。为了救妻子和孩子，他不得不变成无间道。另一方面，喜羊羊和小兔子误找到了父母留下的实验室。小兔子试图用魔法打开月亮的香源，——香树，却不争气的把灰太狼带到了这里。得知喜羊羊有能力对抗苦瓜王，灰太狼决定放弃黑暗，与喜羊羊联手对抗苦瓜王。月食的日子越来越近，月亮的能量也在逐渐减弱。就在苦瓜王想要发动最后一击的时候，他居然发现了全世界最苦的东西，灰太狼的眼泪。为了让灰太狼哭，苦瓜大王已经使出浑身解数，月之苦迅速上升。在这个关键时刻，喜羊羊终于找到了启动甜树的钥匙.