晴空万里之时，羊村举行了防御系统揭幕仪式。这个由慢羊羊村长研制的系统能够抵挡上千伏电压，然而仪式很快被灰太狼的突然闯入打乱。此前，灰太狼凭借发明羊味罐头成为当今炙手可热的科学家，但始终没能抓住小羊，这仍是他心中难以释怀的遗憾。为达成目的，他操控天气控制器，与羊羊特工队展开激烈对抗。
在一次意外中，受伤的喜羊羊结识了名叫旺财的熊猫，却发现对方的真实身份竟是早已灭绝的蛇。另一边，遭遇挫败的灰太狼一心升级天气控制器，忽略了老婆和灰灰的感受，最终因操作失误导致装置失控。危急关头，青青草原上的伙伴们意外发现了蛇族在很久以前制造的诺亚神舟。然而，想要启动神舟，就必须获得蛇族的帮助。于是，羊羊特工队与机械喜羊羊踏上了充满未知与危险的冒险旅程。
本片是《喜羊羊与灰太狼》系列的第五部剧场版动画。
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