尼尔斯，是一个不爱读书，调皮捣蛋，并且爱捉弄小动物的男孩子。一次，他因为惹怒了小精灵，小精灵把他变成了一个拇指小人。
尼尔斯发现自己变成了小人，想要找到小仙狐把他变回原来的样子，于是，他想去找小仙狐讲和。他记得以前妈妈曾告诉过他，小仙狐住在牛棚里，便决定先去牛棚找找看。他刚一出门就听见麻雀叽叽喳喳叫，院子里的鹅和鸡都发出咯咯咯的叫声。尼尔斯发现他变小了之后，竟然能听懂动物们之间的对话。他觉得可能是因为他变小了的原因。
他本想用石头砸它们，可是鸡和鹅根本不再像以前那样怕他了，反而他们一起联合起来追他啄他。这下，尼尔斯可遭了殃，他赶紧逃跑，想摆脱他们。直到猫来了鸡才住了嘴，尼尔斯想去讨好猫问一下小仙狐在哪？可是猫也因为往日的仇恨不放过他，用爪子挠他，咬他，最后是因为尼尔斯的母亲，猫才放过了他。
尼尔斯吓得赶紧溜到牛棚里，牛棚里有三只牛，分别是五月玫瑰、金百合、星星，它们三个的叫声，让已经缩小了的男孩，听着远不止三头牛的感觉。这三头牛你一句我一句地叫嚷着，要怎么样教训尼尔斯，还讨论着尼尔斯对他母亲的种种不敬。尼尔斯听到这些很懊悔，他决定以后不再调皮捣蛋了，可是牛儿们都不相信他的话，他只得得垂头丧气地从牛棚里走出来。
他坐在长满荆棘和黑莓藤蔓的石头墙上忏悔着，他感觉自己生在这个家是多么的美好，他是多么地想变回去。这时，他看见一群大雁，让家里的鹅跟它们一起飞，家鹅真的要飞走了。尼尔斯不想让父母回来时看家里少了一只鹅，在家鹅要飞走的时候，他紧紧地抱住鹅的脖子不让走。可他如何能阻止得了呢？鹅就带着拇指般大小的尼尔斯飞起来了，他们的旅行记就这样开始了。
这只大雄鹅和尼尔斯跟着雁群飞行着，狐狸斯蜜尔偷袭雁群叼走了一只大雁，尼尔斯奋不顾身救下了大雁，他的英勇精神赢得了领头雁的信任。在维姆市湖附近的农庄里，他把松鼠宝宝送到了被抓的松鼠妈妈边，因为帮助了各种小动物，尼尔斯在动物界出了名，被尊称为“大拇指”！后来又帮助了黑老鼠，小灰雁，山羊，绿头鸭，小雕等动物，做了很多的好事。
后来尼尔斯回到了家，他很高兴。更让他高兴的是，他因为做了很多好事又变回来了原来的样子，与父母团聚了。