Lilo ve Stitch, Jumba ve Pleakley ile birlikte Hawaii’de sakin bir hayat sürerken, hapisten kaçan Dr. Hamsterviel’in planları her şeyi altüst eder. Hamsterviel, Jumba’yı zorla yeni bir deney yapmaya ikna eder ve bu deney sonucunda Stitch’in tehlikeli bir ikizi olan Leroy ortaya çıkar. Leroy, yıkıcı gücüyle Hamsterviel’in galaksiyi ele geçirme hayalinin anahtarı haline gelir.

Hamsterviel, Leroy’u klonlayarak dev bir ordu kurmayı başarır. Bu tehdit karşısında Lilo, galaksinin dört bir yanına dağılmış olan Stitch ve diğer deney arkadaşlarını bir araya getirmek için yola koyulur. Her biri farklı bir yeteneğe sahip bu yaratıklar, birlikte hareket etmenin tek çare olduğunu kısa sürede anlarlar.

Kahramanlar, Leroy ve klon ordusuna karşı destansı bir savaş verirken, aslında nereye ait olduklarını da keşfederler. Birlikte çalışmanın gücüyle galaksinin kaderini değiştirecek bu mücadelede, dostluk ve aidiyet duygusu ön plana çıkar.