喜羊羊與灰太狼之決戰次時代

羊狼們埋藏時間膠囊之時，意外發現了一塊含有強大能量的石塊。當羊狼們參加草原盛典時，一位神秘人潛入慢羊羊的實驗室偷走石塊。喜羊羊與灰太狼極力阻止，一路追趕至時空隧道去了未來，能源塊也突然解體散落四處。

喜羊羊和灰太狼回到羊村，發現他們竟然穿越到了十五年後，驚訝之時，突然有變大的陀螺攻擊羊村，當大家合力打敗陀螺之後，發現一張碎片掉落，當中竟藏有巨大能量。喜羊羊和灰太狼只能暫時留在這裡尋找回去的方法。

灰太狼想見見長大後的小灰灰，但原來當年他的失蹤讓小灰灰耿耿於懷，於是灰太狼偽裝成保潔阿姨接近小灰灰，誰知中途出現意外，被碎片依附的加濕器怪來襲，灰太狼和喜羊羊合作擊敗了怪物，但灰太狼也暴露在小灰灰面前。

喜羊羊在路上救下被追趕的懶羊羊，原來是飯店的廚師們邀請懶羊羊去試吃點評；儘管吃了許多美味佳餚，但懶羊羊仍然覺得缺少了一些什麼，於是與喜羊羊一起烤地瓜想尋找兒時的味道，可突然有怪獸作亂，二羊將其擊敗得到卡片。

喜、沸、懶三小羊久違的一起睡覺，一起玩遊戲，卻因喜羊羊是小孩，沸、懶是大人而總是鬧笑話。工地之中，打樁機被碎片變成怪物，危害群眾，喜羊羊與懶羊羊被困，沸羊羊展現出消防員的智慧和力量，打敗怪物，獲得卡片。

尋找碎片的過程中，喜羊羊發現美羊羊已變成相當能幹的女記者了，自己卻弄出不少笑話，過程中美羊羊的筆變成了怪獸，最終二人合力打敗怪獸。美羊羊得到了她的第一張卡片，可她卻發現筆原來不是夥伴們送的，那是誰送的呢？

喜羊羊為暖羊羊能成為歌手感到高興，為一直努力唱歌的她到處宣傳。可是在暖羊羊演唱會開始之時，受碎片作用的發電機竟變怪獸毀掉舞臺，大家合力解決了怪獸，舞臺卻沒了，但對暖羊羊來說，有朋友在的地方就是最棒的舞臺。

灰太狼裝傷住回狼堡接近小灰灰，卻被嫌棄。過程中灰太狼誤會小灰灰學壞，解開誤會後欣喜道歉，沒想到影子怪突然出現，灰太狼父子憑藉合作默契打敗怪獸、收復影子卡，並用兒時的手勢慶祝勝利，二人關係有所回溫。

剔博士啟動寒天收集象星石碎片，卻被懶羊羊誤會成救命恩人。寒天準備深入敵營一網打盡時，被來修理他的慢羊羊關機，過程中受盡懶羊羊的“折磨”。影子和慢羊羊你來我往爭奪寒天的控制權，最終寒天清醒並攻擊懶羊羊。

懶羊羊被寒天搶走了火卡。眾人因此得知了寒天是神秘人的手下，失去卡片的懶羊羊逞能想自己拿回火卡，但設下的陷阱被寒天屢屢躲過，還被寒天發現。危急時，被碎片依附的木偶怪來襲，懶羊羊被木偶控制對抗寒天。

木偶怪控制懶羊羊抵抗寒天的攻擊後四處作亂；另一邊，美羊羊偶遇影子打敗怪獸獲得卡片，正要追上之時看到在高樓上搗亂的懶羊羊，於是和喜羊羊一同去制止；懶羊羊恢復知覺，被神秘力量強化後打敗寒天和木偶怪，獲得控制卡。

象星石碎片作用在一個獎盃身上，懶羊羊與寒天為爭奪碎片，無奈答應獎盃怪要他們比賽的要求。懶羊羊和寒天各輸一局，面對勝利無望的最後一局，懶羊羊得到運動員雲叔的鼓勵，即使落後也絕不放棄，最終得到獎盃怪的青睞。

寒天搶走懶羊羊的卡片交給影子，然而瞬間兩人被巨岩怪變出的磚牆困在一起。另一邊喜羊羊眾人合力對抗影子，幫懶羊羊搶回卡片。被困的寒天和懶羊羊合力逃出。但寒天不慎受傷暈倒，最後重獲卡片的懶羊羊將巨岩怪擊倒，救出寒天。

小灰灰遺傳了灰太狼的發明基因，準備參加發明比賽，但灰太狼擔心小灰灰的發明會失敗，於是偷換了他的發明。小灰灰對灰太狼說出不滿，灰太狼自責。此時怪獸出現。面對危險，灰太狼與小灰灰合作打敗了怪獸，最終和好。

小羊們來到遊樂園找碎片，過程中重溫了一把兒時的歡樂，喜羊羊為追蹤鏡子怪進了驚嚇屋，卻被善於隱藏的鏡子怪壓制，小羊們趕來幫忙但也不是其對手，就在鏡子怪要走時，被強大的黑鑽攔截，鏡子怪不是黑鑽對手，落荒而逃。

喜羊羊尋找碎片時遇到一個四處找哥哥的小妹妹小雨，小雨把黑鑽當做自己的親哥哥。喜羊羊為小雨去找黑鑽問清楚，但黑鑽二話不說直接攻擊喜羊羊，試圖搶奪喜羊羊手上的卡片，喜羊羊不是對手，幸好大家及時趕來救走喜羊羊。

小雨偶遇到黑鑽，高興地跟著他，但是黑鑽態度卻很冷漠，小雨提議跟黑鑽玩捉迷藏，黑鑽卻毫不理會，更為了找到碎片，撕毀了小雨疼愛的玩具小熊，傷心的小雨受碎片影響而暴走，放射出腐蝕的眼淚，狼羊們趕緊出來救援。

小雨大哭不止，眾人縫好被撕碎的娃娃，卻導致小雨哭鬧加劇。被酸雨濺到的黑鑽其記憶閃回、行動變緩，喜羊羊將其從危險中救出。眾人被酸雨圍困，危急情勢下，黑鑽主動縫補好娃娃，小雨恢復正常；灰太狼發現右臂出現機械化表徵。

灰太狼的手臂出現異樣，因為害怕傷害到小灰灰，於是決定搬出狼堡。小灰灰不滿灰太狼自作主張而離開，幸好喜羊羊道出原委，此時膠水怪出現，在制服它的過程中，灰太狼誓死保護小灰灰，小灰灰向灰太狼敞開心扉，父子和好。

博物館的武器矛和盾因為碎片影響而黑化到處破壞。小羊們去尋找矛與盾，誰知黑鑽已經搶先一步尋找到矛怪，並且與其大戰。另一邊，小雨也醒了過來，去尋找哥哥黑鑽。誰知，小雨卻誤入矛怪的攻擊範圍，幸好被黑鑽救下。

矛怪和盾怪不敵小羊，於是相互合作變得相當厲害。小雨危險，黑鑽為其擋住了攻擊而受傷，重傷的他想起了和小雨的記憶，但黑鑽最終陷入沉睡，更被影子帶走。另一邊眾羊狼打敗了兩怪，喜羊羊答應小雨會幫她把哥哥帶回來。

暖羊羊打敗搗亂的紙飛機怪救下步雷，步雷自稱是她的歌迷。暖羊羊離開時發現被跟蹤，沸羊羊和美羊羊趕來發現是步雷，覺得她有可疑，於是進行反跟蹤，卻發現只是一個烏龍，然而，事實上，這一切都是步雷的計劃。

暖羊羊邀請步雷到她工作室，但過程中留聲機變成怪獸暴走，暖羊羊和喜羊羊合力制服留聲機怪獸時受傷，昏迷的暖羊羊聽到有人哼出了她兒時最喜歡但沒什麼人知道的歌曲，醒來的時候發現是步雷，暖羊羊覺得她是兒時朋友小馨。

暖羊羊向美羊羊說出覺得步雷是自己兒時玩伴小馨，而且步雷的表現越來越像小馨。暖羊羊懷疑步雷是被神秘人改造成機器人的。為知道真相，暖羊羊直接去找步雷問清楚，誰知卻遇到她跟神秘人手下在接觸，步雷更向暖羊羊發起攻擊。

暖羊羊確認步雷就是小馨，這時玻璃怪再度出現並挾持了暖羊羊，眾羊以為步雷為了碎片不惜傷害暖羊羊，但暖羊羊選擇相信步雷，最終暖羊羊跟步雷配合製造了打敗玻璃怪的機會。當所有人都相信步雷時，卻倒在了步雷做的早餐上。

步雷偷走了小羊身上的卡片，裝暈的沸羊羊追擊步雷，卻不是其對手，但步雷被磁力怪偷襲，還沒恢復的暖羊羊趕來救了她，卻被步雷告知其實一直在騙她，暖羊羊受到打擊，步雷要離開之際，原來磁力怪身上有第二片碎片，再次偷襲步雷。

帶著眾羊全部卡片的步雷負傷躲藏，影子受神秘人命令先帶走卡片，暖羊羊為救步雷而不得不放棄追蹤。幸好大家攔住了影子，並搶回了大部分的卡片。但是被救回基地的步雷卻忍著重傷偷走卡片，最終爬回剔博士處安心地沉睡了。

沸羊羊在車站附近尋找卡片時遇到一個安靜的老舊機器人奧力，奧力暗中解決了在車站的怪獸得到卡片，但他身上珍貴的合照卻丟失了，懷疑是沸羊羊拿走的，於是對其下手；另一邊，紅太狼打電話回狼堡說要回家，結果卻失蹤。

沸羊羊因為被奧力欺負而悶悶不樂，就連晚上做夢都生氣。沸羊羊第二天去車站找到奧力，想要個道歉，奧力卻不理會。此時火藥怪出來肆虐，情急之下，沸羊羊就算沒有卡片也沖出來，保護了大家，最終得到火藥卡和撿到一張照片。

慢羊羊認出照片中的人是奧力和其發明者付博士；沸羊羊要歸還照片時看到奧力正在車站對抗著大山怪獸；奧力受重傷都要保護好車站等付博士回來，沸羊羊情急之下告訴了奧力付博士已經離開的真相。奧力不願相信，最終打敗怪獸離開。

灰太狼接受定期檢查，除了手臂機械化，其他地方還沒有擴散，灰太狼的擔憂在小灰灰的幫助下有所改變。而另一邊，沸羊羊意外去了奧力跟付博士的家，更加瞭解奧力與付博士之前的深厚感情，沸羊羊為自己的一時衝動感到懊悔。

奧力在被燒毀的家中見到付博士，非常開心，細心照顧老付，但這個付博士其實是被碎片依附的泥人怪，它一心想吸取建築中泥土能量來增強自己，頻頻支開奧力。沸羊羊見到假老付，他想要揭穿假老付真面目卻被奧力誤會。

在奧力的回憶裡，從睜眼開始就陪在付博士身旁。在付博士的教導下他逐漸成長，也留下了許多美好的回憶。每當付博士遠行時，奧力都會在車站等他。但這次，付博士卻沒有回來了。為了能等到付博士，奧力竟不惜投靠剔博士。。

假付博士吸收了足夠的泥土，變成了巨大的怪獸四處破壞，沸羊羊為保護大家而努力戰鬥。面對著四處破壞的假付博士，奧力最終出手打敗假付博士。奧力在聽完了藏在泥人中、付博士留給他的告別後，最終在沸羊羊的面前熄機。

紅太狼和卡片融合，在博士基地中醒來，發現自己失去記憶。剔博士對其進行試驗，紅太狼因害怕而奮力逃出基地，在逃跑途中想起灰太狼和小灰灰。另一邊灰太狼也在尋找紅太狼，正當紅太狼快要見到父子倆時，卻被影子帶回基地。

眾人跟著影子來到博物館，希望能找到神秘人的基地，卻遇到被碎片影響而復活的恐龍。小羊們齊心協力，打敗了恐龍，也抓住了影子。誰知影子使計困住了小羊。幸好美羊羊追著影子而去，終於發現剔博士的基地。

美羊羊潛入神秘人的基地，在基地之中四處搜尋，意外偷聽到神秘人（剔博士）的計劃，但離開的時候卻被發現了，美羊羊歷經千辛萬苦，總算是重傷逃出。另一邊，小羊們堅持不懈，四處尋找，終於找到了美羊羊，將美羊羊帶回羊村。

美羊羊帶領大家去基地捉剔博士，沒想到剔博士已經撤離，不但如此，他還設下了陷阱讓基地坍塌，眾人全部被困住。幸好最後憑藉著喜羊羊的智慧、強大的裝備以及眾人的配合，大家一起逃出，剔博士的計劃也功虧一簣。

為了確保紅太狼不再逃跑，完全聽命於自己，博士在紅太狼的腦海中植入了虛假的記憶，並交給她一個任務：去科技城各處安裝發射器。紅太狼在執行任務時遭到怪獸阻攔，另一邊眾羊狼跟著怪獸而至，發現面前的人竟是紅太狼。

紅太狼奉命四處安裝發射器，卻被灰太狼纏上，灰太狼使出渾身解數想喚醒紅太狼，卻讓紅太狼煩不勝煩。但在紅太狼潛入博物館安裝發射器時，差點被巡邏機器人抓到，灰太狼及時出現護住了紅太狼，紅太狼有所觸動。

灰太狼控制不住手臂，為了不傷害到其他人而加上負重鎖。但在尋找象星石碎片時，遭遇了鋼鐵怪的襲擊。喜羊羊孤身奮戰陷入危險之際，灰太狼克服心理枷鎖，全力擊敗鋼鐵怪。一戰之後，灰太狼仍對自己的機械手臂隱隱擔憂。

喜羊羊和美羊羊經歷了平常的一天，第二天醒來，卻驚訝的發現時間在重複，昨天的事情一直在發生。喜羊羊和美羊羊在循環的時間之中查找蛛絲馬跡，最終發現並打敗了操控時間循環的怪獸，終於回到了原來的生活中。

大家高興地為喜羊羊準備生日會，卻不知道喜羊羊和灰太狼在追逐紅太狼的時候被困在博物館的冷凍保險庫。三人無法打開保險庫而陷入危機。關鍵時刻喜羊羊找到出去的方法，但只能讓一個人通過，最終他們決定先讓紅太狼出去。

紅太狼被救出後內心產生了動搖與疑惑。其他人發現喜羊羊和灰太狼消失了一整夜著急尋找，當紅太狼再次出動時發現焦急的眾人，於是悄悄通知大家兩人被困的地方。最終大家趕到，及時救出喜羊羊和灰太狼，並為喜羊羊補過了生日。

小羊們與壁虎怪對打時影子剛好路過，影子想搶走壁虎怪身上的卡，卻不慎和美羊羊一起被壁虎怪吞下肚子，影子和美羊羊各出奇招逃出壁虎肚子，小羊們及時趕到，美羊羊看穿壁虎弱點，打敗了壁虎怪，但影子卻出手搶走了卡。

紅太狼遭遇種子怪襲擊受傷，小灰灰幫紅太狼清理傷口，並約定第二天再來看她。第二天小灰灰帶著灰太狼前來，卻再遭種子怪襲擊，紅太狼挺身而出。當灰太狼對小灰灰跟紅太狼的合作感到興奮時，灰太狼的機械化卻再度加重。

灰太狼在羊村四處錄視頻留作恢復記憶的道具，又約了小羊們去看日出，卻碰見紅太狼正在捉走小灰灰，眾羊狼趕緊阻止，紅太狼怒然向小灰灰開槍逃走，所幸小灰灰無礙，最終灰太狼卻通過視頻知道紅太狼是故意放過小灰灰的。

一台能夠預測未來的計算機變身和小羊大戰，有預測能力的計算機怪將小羊們打的毫無還手之力，但最後還是被喜羊羊的奇招打敗。但計算機展示了一個月後的末日情景讓小羊們備受打擊，不過最後在喜羊羊的鼓勵下大家振作起來。

影子和剔博士進行儀器實驗，但因電容器出問題而爆炸，影子受傷但不得不尋找新的電容器，中途卻遇到小羊們正在對付輪胎怪，影子參戰但不敵暈倒，最後被帶回羊村救治時襲擊了慢羊羊，可當她回到基地後，因為任務失敗被懲罰。

紅太狼將最後的零件帶回基地，卻遇到一幫被捉來做試驗的居民。紅太狼得知博士的真正計劃：將科技城所有人變成機器人。但她並不認同這一行為，打從心底裡抗拒這項計劃，於是她帶走了零件，在受到追擊時遇到了灰太狼。

在灰太狼的幫助下，紅太狼帶著儀器的核心零件在眾機器人的追捕下逃跑。剔博士按耐不住，親自出手搶奪零件，紅太狼卻倔強地把零件丟到大浪滔天的懸崖下。剔博士生氣找紅太狼算帳時，眾羊狼趕到，最終合力打敗了剔博士。

紅太狼相信自己是灰太狼的家人，但仍找不回記憶，無法以家人的身份跟灰太狼父子相處。灰太狼帶紅太狼到處玩，創造新的回憶，但紅太狼發現有人跟蹤，撇開灰太狼獨自追蹤，不料中計，被一隻素未謀面的狼奪走了身上的象星石碎片。

紅太狼被救回來所幸無礙，灰太狼帶她回去照顧。而小羊們害怕被剔博士盯上，便將卡片都交給慢羊羊保管，但是第二天卡片卻不見了，小羊們互相懷疑，羊村信任出現危機。另一邊，剔博士真身回到基地，影子被釋放，基地正常運轉。

懶羊羊還剩下一張卡片，但不知道誰才是真正臥底，只好拿著。經過一番真誠的說服，喜羊羊終於打動懶羊羊，二人決定設計引出真正的臥底。可誰知，臥底卻識破計劃，將計就計，成功將懶羊羊手中的卡片拿走，而臥底竟然是美羊羊。

小羊們和灰太狼整裝待發，前往剔博士基地。半路遇到與氧氣怪獸作戰的美羊羊。除了半機械化的灰太狼，所有小羊都被打敗。想要搭救夥伴和重新見到家人的心讓灰太狼爆發，最終灰太狼變為機械灰太狼，打敗氧氣怪，但也被剔博士控制。

小羊們用村長給的情報，潛入到剔博士基地，卻發現剔博士竟然在融合象星石，小羊們爭奪象星石失敗，絕望之時，影子突然背叛，奪走象星石，但是剔博士以美羊羊的生命為威脅，又將小羊們困在牢籠之中，設下炸彈，揚長而去。

影子帶著小羊們躲進她的秘密實驗室躲過爆炸，逃出的路上影子向小羊們講述了自己是如何成為影子潛伏在剔博士身邊的。為了阻止剔博士啟動儀器，小羊們四處奔走，最終發現剔博士在羊村基地上，但村長和紅太狼已經落入他手中。

剔博士將所有設備全部準備完畢，小羊們阻止不及，設備發射，全世界的居民都逐漸變成機器人。小羊們在與剔博士的決戰過程中將剔博士打傷，剔博士才發現自己是機器人，頓時崩潰。瘋狂的剔博士喪失理智，將自己變成巨大機器人。

變成巨型機器人的剔博士，要把所有機器人吸收到體內。小羊們不是剔博士的對手，而此時喜羊羊被打中開始機器化被吸進了剔博士體內，原來這是喜羊羊的計謀，他在大機器人體內喚醒了大家的意識令它瓦解，剔博士最終失敗。

剔博士的自爆系統被啟動，喜羊羊跟灰太狼一同被炸彈鎖住，無法解除。喜羊羊跟灰太狼為了拯救大家，與炸彈一同離去，最終保護了大家。借助象星石的能量，喜羊羊跟灰太狼終於回到原本的時空與大家重逢，而新的未來也正在發生。