蛋头博士（该部起开始称呼他为“艾格曼博士”）被索尼克放逐到蘑菇星球的九个月后利用索尼克留下的毛发作为能源制造出信号发射器并向太空发射信号，因此引来了针鼹一族的幸存者納克魯斯，納克魯斯对于索尼克的毛发有浓厚兴趣而艾格曼博士表示愿意为他带路。
与此同时，在地球的索尼克试图帮助公众打击犯罪，但往往弄巧成拙。汤姆建议索尼克在他和麦迪去夏威夷参加她妹妹瑞秋的婚礼之前，要保持耐心等待他的力量。而当索尼克独自一人在家玩耍时，遭到了艾格曼博士与納克魯斯的攻击，納克魯斯渴望夺回他已灭绝的部落宝物“王者翡翠”，其拥有让使用者用意愿改变现实的能力。
索尼克不敌納克魯斯，此时狐狸迈尔斯·“塔尔斯”普劳尔出现并救走索尼克，塔尔斯是一只很崇拜索尼克的双尾狐狸，他为了警告索尼克关于纳克鲁斯的事情而来。在得知已故守护者“长爪”给索尼克的地图就是王者翡翠的线索后，索尼克说服塔尔斯帮助他找到王者翡翠。此时艾格曼博士找到了以前的助手史东恢复了以往的装扮，出现并提出帮助納克魯斯寻找王者翡翠，但暗中计划自己偷走王者翡翠。索尼克和塔尔斯根据地图提供的线索来到西伯利亚，他们在一座古老的守护者遗迹里找到了一个罗盘。此时跟踪他们的艾格曼博士和纳克鲁斯出现，攻击并沿路追逐索尼克和塔尔斯下山。战斗产生的雪崩中，艾格曼博士和纳克鲁斯抢走了罗盘。面对雪崩无力的索尼克紧急联络在夏威夷的汤姆，让他用金环将索尼克和塔尔斯经由开启的传送门到婚礼上救出了他们。
婚礼中，瑞秋的未婚夫蓝道和他的婚礼客人突然暴露自己是国家卫队（G.U.N.）的卧底特工，并俘虏了索尼克、塔尔斯和汤姆。麦迪和瑞秋利用塔尔斯遗落的道具击败特工将他们救出来。拿到罗盘的艾格曼博士和纳克鲁斯来到夏威夷附近，触发机关显露出一座在水下的神殿。注意到水下神殿显现的冲天光束，索尼克跨海抵达神殿所在地，在突破神殿迷宫后于王者翡翠前索尼克再度与纳克鲁斯战斗，艾格曼博士趁两人战斗之时偷走了王者翡翠并传送离开，索尼克和纳克鲁斯一同逃出崩塌的神殿并同意一起合作对抗艾格曼博士，此时塔尔斯驾驶着双翼飞机出现并加入他们。
返回綠丘鎮的艾格曼博士摧毁了前来抓他的G.U.N.的部队，并将其装备分解重新创造了一个与他长相相似的巨型机器人。而在巨型机器人即将肆虐小镇之际，索尼克、塔尔斯和纳克鲁斯出现并一起与机器人战斗，战斗中他们夺回了王者翡翠，但被夺走能量的王者翡翠突然自行碎裂分解成碎片，正当艾格曼博士要给予索尼克击动深情时，索尼克使用七颗混沌翡翠变成了超级索尼克。并摧毁了机器人，然后驱散了翡翠并恢复了正常状态。纳克鲁斯拾起了王者翡翠碎片并将之复原，并同意与索尼克和塔尔斯来共同保护它。三人与沃卓斯基一家一起恢复了田园诗般的生活。
史东潜入G.U.N.，开始在机器人的废墟中寻找艾格曼博士。此时一名特工向G.U.N.指挥官沃尔特斯报告说，一份50年前的文件被发现，该文件载有一个研究设施的坐标，该设施是“夏特计划”的所在地。