與新朋友的相遇
小智、小霞與小剛一行人正朝著淺蔥市前進，目標是挑戰淺蔥道館。途中，他們在路面上發現了一個巨大的「X」印記，隨後一個標記物從天而降。這時，一名叫托比歐的少年駕駛著大嘴雀造型的熱氣球出現，向大家致歉並解釋這是在進行熱氣球飛行練習。隨後，小智一行人拜訪了托比歐的父親天滿，他是一位專門製作各種寶可夢造型熱氣球的職人。天滿邀請小智參加隔天舉行的「寶可夢熱氣球大賽」，並大方出借了一個皮卡丘造型的熱氣球給小智參賽。
寶可夢熱氣球大賽開幕
這項大賽的規則是參賽者必須利用寶可夢的能力與熱氣球配合，在限時內飛抵目的地，並從一千英尺的高空將標記物精準地投向地面的目標印記。小智決定派出貓頭夜鷹在前方引導，尋找風向路徑。與此同時，火箭隊也覬覦著大賽的冠軍獎品——高性能燃燒器。出人意料的是，喵喵這次展現出強烈的「氣球之魂」，希望能憑藉實力正大光明地贏得比賽。然而，武藏和小次郎卻在暗中進行破壞，導致許多參賽者的熱氣球在起飛階段就紛紛發生異常而退賽。
火箭隊的陰謀與喵喵的堅持
比賽開始後，武藏和小次郎不顧喵喵的反對，指揮雙彈瓦斯與阿柏怪攻擊其他熱氣球，導致場景一度陷入混亂。雖然喵喵強調熱氣球競賽是神聖的，但武藏與小次郎仍執意作弊，甚至為了排除障礙而將喵喵綑綁。此時天空突然變色，強大的暴風雨雲層籠罩賽道，火箭隊啟動了違規的火箭噴射裝置試圖強行衝出風暴，這讓他們面臨失格的風險，但他們毫不在意，只求獲勝。
克服風暴與最終決戰
在風暴中，小智的皮卡丘氣球燃燒器被火箭隊之前的攻擊損壞，無法產生熱氣。關鍵時刻，小剛提議利用火球鼠的火焰代替燃燒器。在火球鼠拚命使出噴射火焰的加溫下，氣球終於重新獲得升力，並配合貓頭夜鷹的導航成功穩定飛行。此時火箭隊再度發射飛彈企圖攻擊小智，托比歐與大嘴雀及時趕到，利用「啄鑽」擊毀了發射裝置。最後，皮卡丘在貓頭夜鷹的載運下靠近火箭隊，以十萬伏特將他們擊飛，粉碎了邪惡的企圖。
精準命中與溫暖的結局
在比賽最後關頭，小智與托比歐同時抵達目標上空。兩人屏氣凝神投下標記物，結果兩份標記物都完美地命中了目標的中心點。雖然兩人並列冠軍，但高性能燃燒器獎品只有一個。小智認為這次參賽已經體驗到熱氣球飛行的樂趣，且感受到托比歐父子對於熱氣球的專業與熱忱，決定將獎品讓給托比歐，協助他完成理想中的熱氣球。在夕陽下，雙方約定未來在夢想的道路上繼續努力，小智一行人也帶著珍貴的回憶繼續前往淺蔥市。