誤入研究所與神祕的發明
小智、小遙、小剛與小勝一行人在前往金黃市參加寶可夢華麗大賽的途中，在森林深處迷了路。正當眾人焦急之際，他們遇到了少年善吉與他的夥伴綠毛蟲。善吉起初將小智一行人誤認為昨晚潛入研究所的盜賊，指揮綠毛蟲使用吐絲攻擊。隨後，發明家高登博士現身，並展示了他利用胡地的「預知未來」所研發的預測機器，雖然機器錯誤地預測小智等人是來迎接他的貴賓，但眾人也因此解開了誤會。高登博士帶領大家參觀他的實驗室，展示了諸多以寶可夢能力為啟發的發明，如大嘴娃按摩機、布魯皇口罩及胖丁卡拉OK麥克風等。
巨大綠毛蟲的誕生與進化
一直潛伏在旁的火箭隊三人組（武藏、小次郎與喵喵）趁機潛入研究所偷取發明設計圖。在爭奪過程中，綠毛蟲不小心吃掉了高登博士研發中的「相當神奇糖果」。這原本是博士想改良「神奇糖果」的失敗作，卻導致綠毛蟲在瞬間巨大化。巨大化的綠毛蟲為了不給眾人添麻煩，獨自跑向鎮上的電波塔。在塔頂，巨大綠毛蟲展現了進化的徵兆，在眾人的注視下進化成了巨大的鐵甲蛹，並穩固地依附在電波塔上，以免對城鎮造成破壞。
火箭隊的野心與巨大混戰
火箭隊見識到「相當神奇糖果」的威力，決定綁架高登博士為其研發武器，並利用毒粉蛾強行帶走博士。混亂中，小次郎的刺球仙人掌也誤食了糖果而巨大化，卻因為太過熱情而緊緊抱住小次郎，讓火箭隊陷入混亂。此時，塔頂的巨大鐵甲蛹再次進化，變成了美麗的巨大巴大蝶。小智與善吉搭乘在巨大巴大蝶背上展開追擊，而小智機靈地命令皮卡丘對鐵塔釋放十萬伏特，利用電流干擾讓火箭隊的毒粉蛾失控。最後，在巴大蝶強力的超音波與吹飛攻擊下，成功救回高登博士，並將火箭隊打飛到天際。
回歸平凡與新的約定
隨著時間過去，「相當神奇糖果」的效果逐漸消失，巨大化的巴大蝶與刺球仙人掌都恢復了原本的大小。高登博士表示這項發明雖然失敗了，但他會繼續從失敗中學習，研發出真正能幫助人類與寶可夢的作品。善吉也與巴大蝶重新約定，未來一定要一起旅行並變得更強。小智一行人告別了善吉與高登博士，帶著對夥伴情誼的感動，再次踏上前往金黃大會的旅程。