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……
陆双 陈志荣 祖晴 徐经纬 陈轶 王萍 孙博
邓玉婷 祖晴 高全胜 刘红韵 严彦子 陈明 金铭 王一鸣 杨洋 佟大为
祖晴 张琳 杨阳洋 高全胜 梁颖 邓玉婷 刘红韵 赵娜
祖晴 张琳 白百何 郑恺 邓玉婷 赵娜 梁颖 刘红韵 高全胜
鲍振江 林飞 王艺霖 张琳悦
黄才伦 艾伦 宋阳 卢靖姗 沈腾 韩彦博 陈冰 张镨冉 王宇 赵雪 常远 王成思 张琛 魏玮 陶亮 朱微玮 芦莹 李海银 何子君 高海宝 刘坤 钱晨光 乌日塔 杨洁 向斐 何孟卓 王野苓 喜子 张琳
郑希怡 于利 张琳悦 邱辉 叶舒稜
张琳 狄威
刘红韵 祖晴 严彦子 邓玉婷 高全胜 李团 胡严彦
祖晴 张琳 邓玉婷 梁颖 刘红韵 高全胜
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田华 斯琴高娃 村里 王馥荔 周虹 贾六 赵娜 冯恩鹤 王辉 江城
李仁堂 张宪 赵娜 祝延平 李丁 张平 刘安泰 李百万 黄小雷 霍京华
刘红韵 严彦子 祖晴 邓玉婷 高全胜 李团
祖晴 高全胜 刘红韵 邓玉婷 严彦子 李团 张琳
未知
戴欣 朱艺 倪以临 战车
路知行 彭尧 李诗萌 藤新 图特哈蒙 张舸 冯岚 郑炼
司幽：陆沉 鬼面神猿：萧天意 江青城：尘话
杨天翔 刘校妤 乔诗语 魏超 阎萌萌 张凯 范哲琛
演员：
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演员：戴欣 朱艺 倪以临 战车
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