飞雄回到日本后，天马博士首先问他，须井柄让他干什么？飞雄回答说：“没干什么。”
妈妈很想念飞雄，说：“你出去一天，我觉得好像过了一年。爸爸问飞雄：“你怎么老是长不高呢？”
飞雄调皮地伸长了弹簧脖子，爸爸见状却发怒了：“我不喜欢你这样的妖怪。”晚上，天马博士对妻子说：“我要毁掉那个妖怪。”妈妈说：“太残忍了，当时你为什么要制造他？”
第二天，飞雄要求爸爸让他上学，爸爸不理他。飞雄说：“你不是说过我是个好孩子吗？”爸爸说：“我早就忘了，你不过是我研究的工具。”不久，天马博士就把飞雄卖给了马戏团老板。
马戏团老板给飞雄又取了一个名字，叫“阿童木”，然后让他表演10万马力砸烂一个机器人。阿童木在观众中发现了妈妈，他高兴极了。
阿童木实在不忍心用10万马力砸烂那个机器人，于是用假拳击来应付。马戏团老板看出了阿童木的心思，用电鞭子抽打他。阿童木从心里恨透了马戏团老板。这时，飞雄的妈妈想见见儿子，可马戏团老板坚决不同意。
被马戏团老板打得残废的机器人看到阿童木的处境，劝他趁早逃跑。可是，阿童木的一块能量让老板取走了，能量不够，飞不起来，只好从下水道逃走了。
一个商人发现了阿童木，把他卖给了茶水博士。茶水博士是个好心人，对阿童木说：“我这里很安全，你就放心地待在这里吧。”
不久，茶水博士接到一个电话，说阿童木的妈妈出了车祸。阿童木一听，嚷嚷着要去看妈妈。其实，这是马戏团老板探听到消息后，设下的骗局。
阿童木回到马戏团后，老板又强迫他表演钻火圈。没想到，表演时发生了火灾。阿童木急中生智，把老板救了出来。马戏团老板却恩将仇报，把阿童木吊在柜子里锁了起来。茶水博士得知后，悄悄将阿童木偷了出来。
恰在这时，从外星发来一份紧急电报，说一艘地球飞船遭到了宇宙菌的侵袭，机器人纷纷死亡。茶水博士便派阿童木前去抢救。
阿童木到了外星，马上投入了抢救工作，很快就消灭了宇宙菌。阿童木与其他机器人互相配合，相处得很好。
从外星返回以后，茶水博士专门为阿童木制造了一对机器人，告诉阿童木说：“这就是你的新爸爸和新妈妈。”阿童木非常高兴。
从此，阿童木一家永远团聚在一起了。