さまざまな紆余曲折を経て、リロ・ベイビー・スティッチ（声：クリス・サンダース）はついに「地球の永久ゲスト」の地位を獲得し、リロ（声：ダコタ・ファニング）の家族の一員となった。毎年恒例のフラコンテストが始まります。リロの母親はかつてそのコンテストで優勝したことがあります。リロはこのコンテストに参加して、母親のスタイルを再現したいと考えています。リロが大会に出場するために一生懸命練習していた頃、スティッチの体に奇妙な兆候が現れ始めました。これらの症状が進行し続けると、スティッチの健康を脅かす可能性さえあります。愛する家族を守るために、リロはスティッチを発明したジャバ博士（声：デヴィッド・オグデン・スティアーズ）を探すことにしました。この賢い医者はスティッチの悩みを解決できるでしょうか？