迷失於荒野的大顎蟻迷宮
小智、小遙、小剛與小勝一行人在前往琉璃市的途中穿越伊札貝島，卻在廣闊的荒野中迷失了方向。他們在地面上發現了無數奇異的洞穴，根據寶可夢圖鑑的說明，這些是「大顎蟻」所挖掘的巢穴。正當眾人好奇觀察時，該區域的保育員亞希子駕駛巡邏車出現，告知此處是禁止進入的危險區域，因為地下分布著錯綜複雜的「大顎蟻地下迷宮」。
傳說中的地底湖與研究員平八郎
在亞希子的引導下，眾人遇見了她的青梅竹馬——寶可夢研究員平八郎。平八郎正試圖追蹤一隻裝有發信器的特別大顎蟻。他向大家分享了一個兒時的秘密：他曾意外掉進地下迷宮，在那裡見到了一個極其美麗的地底湖，並目睹了無數大顎蟻同時進化成超音波幼蟲的壯觀景象。雖然多年來除了亞希子之外沒人相信他的話，但他依然致力於研究大顎蟻，希望能再次找到那個夢幻的地底湖。
火箭隊的干預與意外墜入地底
此時，火箭隊駕駛著地鼠造型的挖掘機械人突然現身並成功捕獲了皮卡丘。然而，火箭隊的挖掘行為驚擾了地下的大顎蟻群，導致地面產生劇烈震動與坍塌。在混亂中，小智為了救皮卡丘與亞希子一同掉入了洞穴；隨後，小剛、小遙、小勝以及追蹤發信器的平八郎也陸續墜入迷宮。眾人在錯綜複雜的地下通道中尋找出口，中途甚至遭遇了地下鐵砲水的襲擊，幸好在大顎蟻對自然災害的預知引領下，眾人避開了危險。
集體進化的奇蹟與守護聖地
眾人順著流水最終抵達了平八郎夢寐以求的地底湖，那裡果然如同傳說般優美。就在此時，成群的大顎蟻開始發光，集體進化成了「超音波幼蟲」，這場世紀性的進化奇觀讓在場所有人驚嘆不已。火箭隊企圖捕捉珍貴的超音波幼蟲，但在小剛的樂天河童、亞希子的大竺葵以及皮卡丘的合力反擊下，火箭隊再次被打飛。最後，新進化的超音波幼蟲群帶著眾人飛離地底，平安回到地面。平八郎為了保護這個寶貴的進化聖地，決定將湖泊的位置作為永遠的秘密，而小智一行人也帶著這份感動繼續他們的旅程。