阿力和贝贝是两艘优秀的科研小潜艇，也是一对默契十足的搭档。继《潜艇总动员》中共同完成多次训练与任务后，这一次，他们又迎来了充满神秘色彩的全新挑战。
著名海洋研究学家兼水下考古学家苏红博士，收藏着四枚加勒比海盗藏于深海的上古勋章仿制品，分别象征智慧、勇气、友谊与正义。她召集阿力和贝贝，提出了一项特别任务：每完成一项任务，就能获得一枚勋章；集齐四枚勋章后，他们不仅可以受邀前往泉州，参加海洋博物馆的开幕仪式，还能得到博士准备的神秘奖励。得知这个消息后，两个小潜艇兴奋不已，立刻踏上了探险之旅。
在海上摩托艇蛙蛙、宠物猴淘淘和海上单脚滑行艇石头等伙伴的帮助下，阿力和贝贝一路团结协作、克服困难，先后完成了在地中海寻找埃及女王皇冠、在北冰洋搜寻佩斯号残骸、在阿拉伯海寻找古城石板，以及整合沉船文物保护等任务，陆续获得苏红博士颁发的四枚勋章。返回泉州后，他们又经历一番惊险搜寻，找到了郑和沉船的船锚，并将这件珍贵文物作为礼物，送给即将开幕的泉州海洋博物馆。
小潜艇们没有辜负苏红博士的期望，圆满完成了所有任务。博士也兑现了承诺，在泉州海洋博物馆开幕式上燃放了小潜艇造型的烟花，为他们送上一份特别的惊喜。经过这段难忘的海洋探险，阿力和贝贝变得更加成熟、勇敢，也更加懂得团结合作；他们还了解了悠久的海洋文明，掌握了海洋文物保护等知识，最终成长为真正的潜艇小英雄。
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