新的一年再度降临，红太狼又怀上了小宝宝，本该其乐融融的狼堡却因灰太狼的“抓羊无能”而开起了“声讨大会”。不甘失败的灰太狼为了重振自己在狼族中的地位，决定带上老婆孩子再战羊族。而此时的青青草原上空，一个巨型的“糖果飞船”从天而降，一位来自月球的不速之客——带魔法帽的兔小弟小乐缓步而出。令人咋舌的是，自称魔法师的兔小弟小乐一见喜羊羊便立刻认定他是月球的救世主，更将一个封藏已久的身世之谜公之于众。原来，在很久很久以前，正是喜羊羊的父母丽羊羊和智羊羊一手将原本荒芜的月球打造成了一个五彩斑斓的糖果世界，可现在，野心勃勃的苦瓜大王企图将其变成“苦球”。为了保住父母的心血，喜羊羊带着羊羊战队登上了前往月球的飞船，却在阴差阳错之中将前来抓羊的灰太狼一家也捎上了这趟太空之旅。月球之上，一切看似繁华，但实则暗藏汹涌，幸而喜羊羊机警过人，拆穿了苦瓜大王假扮月亮女王的阴在巧克力钟乳石洞里，灰太狼一家遭瓜兵伏击，与妻儿失散的灰太狼冒险潜入苦瓜大王的城堡，却不幸被瓜兵擒住。为了救出妻儿，他不得不成为“无间道”。而另一边，喜羊羊与小乐在误打误撞中找到了父母留下的实验室，小乐试图用魔术开启月球甜蜜的源泉——甜甜树，却乌龙地将灰太狼带至此地。得知喜羊羊拥有对抗苦瓜大王的能力后，灰太狼决定弃暗投明，与喜羊羊联手，一同对抗苦瓜大王。月食之日渐渐逼近，月球能量正在逐渐减弱，而就在苦瓜大王想要发起最后一击时，他竟然发现了全天下最苦的东西——灰太狼的眼泪。为了让灰太狼流第三部主战场将在太空和月球，泪，苦瓜大王可谓无所不用其极，月球的苦度急速攀升，而在这千钧一发之刻，喜羊羊终于找到了启动甜甜树的钥匙，让大家笑着流眼泪。于是，喜羊羊铃铛里的甜甜树的种子汲取了大家的眼泪，打败了苦瓜大王。苦瓜大王最后自称“小甜甜”，将甜蜜和快乐带给全宇宙。
这部电影告诉了我们许多道理：只有拥有了坚定的信念，就能够战胜敌人和困难。喜羊羊最后之所以能完成拯救月球的使命，就是因为他按照他爸爸智羊羊说的“坚定了信念”，所以连过了三道难关，找到了甜甜树的种子。再比如，只有充满了爱心，就能够战胜敌人和困难。当西瓜欺负怀有宝宝的红太狼时，大家一起用身体挡住了西瓜吐出的瓜子武器，大家还分别扮成红太狼和小灰灰掩护她们逃跑。最后，当苦苦火箭发射要苦化月球的时候，是大家用充满爱的甜泪阻止了苦化，最终迎来了胜利。还比如，只有大家团结一心，就能够战胜敌人和困难。在与苦瓜大王作斗争的过程中，正是羊狼团结一心，才打败了苦瓜大王和他的苦瓜大军。所以我们在生活和学习中，一定要有坚定的信念，要有一颗爱心，要搞好团结，这样我们在面对困难的时候，就能够战胜它们。