灰太狼受神秘人袭击后被抓走，小羊们根据蛛丝马迹将他寻回，却发现灰太狼眼神变得空洞呆滞，疑似大脑受到损伤。为解救同伴，喜羊羊带着伙伴们借助灰太狼发明的“脑波机”进入到灰太狼的大脑世界，他们在脑海里一个个光怪陆离的区域中历险，同时也认识到很多新的朋友，帮助他们探求真相找寻让灰太狼恢复正常的方法。大家历尽艰险眼看真相快要浮出水面了，不料灰太狼突然陷入昏迷，更大的危机正步步逼近……
祖晴 陆双 邓红 王巍 李团
邓玉婷 祖晴 高全胜 刘红韵 严彦子 陈明 金铭 王一鸣 杨洋 佟大为
祖晴 张琳 杨阳洋 高全胜 梁颖 邓玉婷 刘红韵 赵娜
祖晴 邓红 高全胜 鞠月斌 申克 卢吉雄 赵然 陈轶 李团 胡严彦 孙金华 刘筱天 王瑶 陈龙光
吴毅将 程东 郑丞丞 林甲钰 张琳然 时晓飞 吕建伟
黄日莹 晏紫东 纪向宁 张琳然 童苡萱 郝泽嘉 杨玉兰
刘劲 宋晓英 何琳 张页石 马晓伟 黄薇 王霙 孙继堂 孔祥玉 陈天陆 吴京安 黄港 高志强 张再新 孔琳 张琳 钱志 姚居德 牟云 杨猛 徐光宇 芒莱 邓小鸥 郭政建 李跃民 程建勋
祖晴 张琳 邓玉婷 刘红韵 赵娜 梁颖 高全胜 李团 宋磊 申克
祖晴 梁颖 严彦子 张琳 高全胜 邓玉婷 刘红韵
祖晴 梁颖 孙金华 王虹 郭东文 王瑶 曹群耀
祖晴 梁颖
刘红韵 邓红 张力萌 李旭乔
祖晴 李旭乔 严彦子 刘红韵 邓红
伍强 曹克难 韩夫 卫晓茼 赵娜娜 王跃进 徐行 孔斐 马丽
苏有朋 蔡琳 何润东 鲍逸琳 施大生 傅艺伟 陈姿颖 王宇 池华琼 李彧 赵亮 张晓明 祁明远 程枫 赵娜娜 方舟波
刘红韵
内详
钱文青 杨天翔 杨默 歪歪 谷江山 乔诗语 佟心竹
张若瑜 李欣 程玉珠 杜晴晴 虞晓旭 于凯隆 高嗣航 张恒 王宇航 刘宇轩 唐昊
不一 黑石稔 冯骏骅 陈奕雯 赵洋
古川慎 石川界人 悠木碧 山路和弘 津田健次郎 高山南 安元洋贵 樱井孝宏 浪川大辅 日野聪 鸟海浩辅 小野坂昌也 宫野真守 早见沙织 绿川光 斧笃 子安武人
赵乾景 刘雯 赵梓涵 贺羽白 李春胤 李美加 丁翔威 穆雪婷 刘飞
不一 陈奕雯 冯骏骅 醋醋 夏磊 德智 Vila 筱筝 符冲 黑石稔 赵路 柯暮卿 忙音 王宇航 宁宝 朱厌
田中真弓 冈村明美 中井和哉 山口胜平 平田广明 大谷育江 山口由里子 矢尾一树 长岛雄一 池田秀一 古川登志夫 古谷彻 大塚周夫 津嘉山正种 草尾毅 大场真人 宝龟克寿 园部启一 柴田秀胜 中博史 阪口大助 竹内顺子 千叶繁 三石琴乃 挂川裕彦 堀秀行 田中秀幸 大友龙三郎 有本钦隆 大塚明夫 玄田哲章 小山茉美 土井美加 野田顺子 渡边美佐 野上尤加奈 林原惠美 水树奈奈 园崎未惠 西原久美子 久川绫 泽城美雪 池泽春菜 斋藤千和 神谷浩史 浪川大辅 森久保祥太郎 石田彰 高木涉 桧山修之 子安武人
赵乾景 谢莹 宋国庆 黄进则 张若瑜
阎萌萌 锦鲤 阎么么 刘琮 常文涛
あまいみるく 千代木檸檬 夏樹柑菜 西山ユウキ
沈磊 程玉珠 黄翔宇
演员：内详
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