灰太狼受神秘人袭击后被抓走，小羊们根据蛛丝马迹将他寻回，却发现灰太狼眼神变得空洞呆滞，疑似大脑受到损伤。为解救同伴，喜羊羊带着伙伴们借助灰太狼发明的“脑波机”进入到灰太狼的大脑世界，他们在脑海里一个个光怪陆离的区域中历险，同时也认识到很多新的朋友，帮助他们探求真相找寻让灰太狼恢复正常的方法。大家历尽艰险眼看真相快要浮出水面了，不料灰太狼突然陷入昏迷，更大的危机正步步逼近……

延续了羊守系列前期大量灌水凑集数、四十集以后渐入佳境、五十集以后狂下刀子的模式，但这次有很多创新点，比如剧情从以往的异国冒险改为进入灰太狼脑内世界，还有茶太狼这个角色按照以往规律最后肯定被小羊感化洗白，这次却选择了一黑到底，灰太狼的母亲在剧集中首次出现，灰太狼的结局到最后也没明确交代而是刻意留白，最后一刻出现的灰太狼经典台词是有史以来最催泪的一次，看的时候居然和喜羊羊一起泪目了。