故事接續《神偷奶爸》之后,壞蛋神偷格魯為了照顧三位口愛到不行的女兒們-妮妮、娜娜與娣娣,在地下實驗室開設工廠改賣果醬和果凍,決定金盆洗手甘心在家當好奶爸。沒想到以紀畢谷為首領,專門對抗全球犯罪的高機密組織,卻找上門來,格魯只好重返原本的世界,率領眾名小小兵,伙同一天到晚惹他生氣的菜鳥新搭檔露西,攜手調查一連串超級罪案。
只是在格魯傾力揪出新一代犯罪天王的同時,女兒安安強烈感覺到,這個非比尋常的家庭需要一個媽媽、而覺得格魯超酷的蒂蒂,也因爸爸結束壞蛋之路而大失所望,此外,開始注意同齡男生的毛毛,則讓格魯如臨大敵……此次除了發生疑似外星人誘拐事件,小小兵也將遇到天大麻煩,已經升格為奶爸的格魯,該如何拯救化解危機?