이야기의 시작은 1897년 런던의 인간 세계의 축소판인 세계에서 시작한다. 장난감 제작자 플레비셤은 그의 딸 올리비아에게 선물로 춤추는 자동 인형을보여주고 있었는데 갑자기 흉찍한 박쥐가 창문을 부수고 뛰어들어와 그를 납치해가며, 올리비아는 홀로 남게 된다. 영화의 제목과 타이틀 롤이 지나가고 등장하는 인물은 데이빗 Q. 도슨 박사로서 이이야기를 끌어가는 통통한 중년의 쥐이다. 도슨은 올리비아를 거리에서 발견하고, 그녀의 불행을 듣고서 도와주기위해 유명한 탐정인 베이커 거리의 바실에게로 데려간다. 바실은 사슴 사냥꾼 모자에서 파이브, 바이얼린까지 셜록 홈즈를 그대로 닮았으며 실제로 홈즈의 집의 지하에서 살고 있다. 바실은 그의 날카로운 추리력을 활용하여 이 사건의 악당이 자신의 숙적인 래티건 교수라는 것을 알아낸다. 이 매우 악독한 래티간은 자신이 세계에서 가장 위대한 범죄 두뇌라고 칭하며, 몸집이 크고 모든 면에서 들쥐같아 보여도 자신이 쥐라고 우긴다. 실제로 그가 목발의 박쥐 부하인 피젯의 도움을 받아 플레비션을 납치하였으며, 여왕을 꼭 닮은 로봇을 만들도록 하여 즉위 60주년 김념식장에서 여왕과 바꿔칠 계획이다. 그의 부하들과 함께 라티간은 자신의 악독한 천재성을 찬양하고 쥐왕국을 지배할 계획을 설명하는 춤과 노래를 코믹하게 연출하는데 한 부하가 잘못하여 그를 들쥐라고 부르자 자신의 거대한 고양이인 펠리시아에게 잡아먹히게 만든다. 그 사이 바실은 도슨의 도움을 받아(즉, 도슨은 왓슨박사의 역할을 한다) 올리비아와 함께 피젯의 발자국을 따라 사람들의 장난감 가게까지 추적하여 커다란 장난감들 사이에서 단서를 찾으려 한다. 갑자기 장난감들이 움직이기 시작하여 이들을 공격하고, 그 혼란한 와중에서 피젯이 나타나 올리비아를 납치하여간다. 바실과 도슨이 래티건의 소굴을 찾아내려 하는 동안, 래티간은 올리비아를 이용하여 플레비셤에게 로봇을 빨리 완성토록 한다. 그는 바실이 사건에 개입했다는 사실을 알고 화를 내지만, 이기회를 이용하여 바실을 파멸시킬 계획을 세운다. 바실과 도슨은 코믹한 뱃사람 복장을 하고 항구부근을 뒤진 끝에 피젯을 발견 그를 하수도를 따라 추적하여 래티간의 소굴로 들어간다. 하지만 그곳에서 올리비아를 구출하려다 잡히고 만다. 래티간은 바실과 도슨을 거대한 쥐덫에 묶고나서 자신의 노래가 녹음된 레코드판이 끝나면 덫이 작동되도록 설치하고 비행선에 여왕의 로봇을 싣고 떠나간다. 레코드가 끝날무렵 바실은 아이디어를 짜내어 탈출에 성공한다. 궁에서는 래티간이 여왕과 로봇을 바꿔치기하고, 가짜 여왕은 래티건을 새로운 대신으로 임명한다. 바실과 도슨은 피젯이 여왕을 고양이 펠리시아에게 잡아먹히게 하려는 찰라 도착하여 구출하고 로봇을 망가트린다. 래티간은 비행선을 타고 도망하고, 바실과 도슨은 풍선을 이용한 기구로 추적한다. 추적은 바실과 래티간의 빅벤에서의 대결로 마무리 지어진다. 바실은 간신히 살아남고 래티간은 밤하늘속으로 떨어진다. 영화의 결말에서 올리비아는 아버지를 만나고, 도슨은 바실과의 또다른 모험에 참여한다.
줄거리 2. 베이커 스트리트에 사는 명탐정 바실. 처음 보는 사람이라도 한마디만 나누어 보면, 어디 출신이고, 지금까지 어디서 무슨 일들을 했는지 기가 막히게 알아 맞추는 명석한 두뇌의 소유자이다. 하지만, 그에게도 라이벌은 있으니, 사악한 라티건 교수가 바로 그의 천적. 언제나 검은 흉계를 꾸미는 라티건 교수와 그의 뒤를 캐는 바실은 심심찮게 마주친 적이 있으나, 둘의 실력이 막상막하인지라, 항상 간발의 차로 그를 놓치곤 했다. 비가 주룩주룩 오는 어느날, 귀여운 소녀 올리비아가 명탐정 바실을 찾아온다. 사연인즉, 뛰어난 장난감 발명가인 그녀의 아버지가 갑작스레 납치당했다는 것이다. 얘기를 들어보니, 라티건의 소행이 분명했다. 하지만, 왜? 현장 조사에 착수하기로 한 바실은 조수 도슨, 강아지 토비, 그리고 올리비아와 함께 악당들의 흔적을 찾아 나선다. 그 순간, 라티건은 엄청난 음모를 꾸미고 있었다. 며칠 후면 다가올 여왕의 즉위 기념식 때 여왕을 감쪽같이 제거한 후, 그녀와 똑같이 닯은 꼭두각시를 내세워 그녀의 섭정으로 등극할 계획을 세운 것이다. 올리비아의 아버지는 그 꼭두각시를 만들 목적으로 납치한 것이었다. 때마침, 물품 조달을 위해 내보냈던 라티건의 부하가 바실과 함께 있던 올리비아까지 잡아오자, 라티건은 그녀의 아버지를 더욱 더 강하게 몰아붙이고, 라티건의 계획은 착착 진행되어 간다. 한편, 바실과 그의 조수 도슨은 라티건의 부하가 남긴 메모를 단서 삼아 라티건의 아지트를 추적해온다. 라티건의 부하처럼 보이기 위해 뱃사람으로 위장하고 그들의 본거지에 잠입하지만, 바실이 올 것을 미리 알고 덫을 준비하고 있던 라티건에게 오히려 당하고 만다. 여왕의 즉위 기념식은 다가오는데, 바실과 도슨은 라티건이 이중삼중으로 고안한 부비트랩에 묶인 신세가 되어 꼼짝달싹 못하고 죽음을 기다리고 있다. 라티건과 그의 일당들은 꼭두각시 여왕 인형을 들고 왕궁으로 향하고...... 과연 바실은 이 위기를 어떻게 극복하고 여왕을 구할 것인가?