В прошлой части мультфильма зрителю было рассказано, как Белка и Стрелка совершили первый успешный полет в космос, благодаря чему их теперь знают во всем мире. А ведь еще совсем недавно они были две совершенно обычные собаки: Стрелка жила на улице, а Белка выступала на арене цирка. Но теперь все изменилось, и собак приглашают участвовать в различного рода выступлениях. В это время на Земле происходит несколько загадочных событий, в результате которых исчезает ряд ценных для человечества объектов. Не имея этому разумного объяснения, США и Россия начинают обвинять в происходящем друг друга. В свете сложившейся ситуации, Белке и Стрелке не остается ничего другого, как провести свое собственное расследование.