Dorie und ihre Freunde Nemo und Marlin begeben sich nach Kalifornien zu einem meeresbiologischen Institut, wo Dorie aufgewachsen ist. Dorie rutscht jedoch durch den Abfluss und landet wieder im Meer vor dem Institut. Dort folgt sie einer ausgelegten Muschelspur, die sie wieder mit ihren Eltern zusammenbringt. Nemo und Marlin befinden sich jedoch gemeinsam mit anderen Fischen in einem LKW, der ins Landesinnere fährt. Mit der Hilfe der Walfische Destiny und Bailey startet Dorie ein Manöver, an dessen Ende sie alle Fische aus dem LKW befreit und sie zurück ins offene Meer befördert. Zum Schluss lebt Dorie wieder mit ihren Eltern, dem Kraken Hank und den beiden Clownfischen Nemo und Marlin im Korallenriff. Nach dem Abspann sieht man die Aquariumfische aus dem ersten Teil, die immer noch in Beuteln gefangen sind. Sie haben es ebenfalls bis zum Institut in Kalifornien geschafft, wo sie von Mitarbeitern aus dem Meer gefischt werden.