自从上次小新的脚踏车失而复得后，春日部的生活依旧有条不紊地继续着。然而，好景不长，脚踏车失踪的诡异事件再次降临在小新身上，而且这一次，似乎更加扑朔迷离。
那天清晨，阳光透过窗户轻柔地洒在小新的脸上，他悠悠转醒，一想到又能骑着心爱的脚踏车去玩耍，瞬间精神抖擞。像往常一样，他哼着不成调的小曲来到院子，可眼前的景象让他瞬间呆立原地——脚踏车又不见了！
“妈妈！妈妈！脚踏车又没了！”小新一边大喊，一边火急火燎地冲进屋里。美伢正在厨房准备早餐，被小新这突如其来的喊声吓了一跳，手中的勺子差点掉到地上。“怎么回事，小新？你别急，慢慢说。”美伢安抚着情绪激动的小新。小新带着哭腔，把院子里的情况又说了一遍。美伢皱起眉头，决定和小新一起再次寻找脚踏车。
两人在院子里仔细搜索，不放过任何一个可能藏车的角落，甚至连井盖下都查看了一番，可依旧毫无收获。“奇怪了，怎么会又不见呢？上次是被小朋友骑走了，这次难道又是？”美伢喃喃自语道。小新在一旁急得直跺脚：“妈妈，肯定是有大坏蛋把我的脚踏车偷走了，我们快报警吧！”
就在这时，广志打着哈欠从卧室走出来，睡眼惺忪地问：“发生什么事了，一大早这么吵？”小新和美伢把脚踏车失踪的事情告诉了他。广志听后，揉了揉脑袋，思索片刻说：“别急，我们先在附近找找，说不定能发现什么线索。”于是，一家三口兵分三路，在野原家周围的街道、公园、小巷展开搜寻。
小新沿着街道一路寻找，眼睛不放过任何一个可疑之处。他看到路边停着一辆与自己脚踏车颜色相似的车，兴奋地跑过去，结果发现只是空欢喜一场。“我的脚踏车到底在哪里啊？”小新沮丧地嘟囔着。
美伢则来到了公园，她在公园的角落、树林里四处查看，还询问了一些在公园里晨练的老人，可大家都表示没有看到小新的脚踏车。
广志去了附近的小巷，他仔细查看每一个垃圾桶旁、每一个废弃的仓库，希望能找到一些蛛丝马迹。然而，经过一番地毯式的搜索，三人都一无所获。
无奈之下，小新和美伢只好来到双叶幼稚园，想看看这次是不是又像上次一样，脚踏车被误骑到了这里。可在幼稚园里找了一圈，依旧不见脚踏车的踪影。风间、妮妮、正男和阿呆看到小新垂头丧气的样子，纷纷围过来询问。小新把脚踏车再次失踪的事情告诉了他们，小伙伴们都表示很惊讶，决定一起帮小新寻找脚踏车。
大家分成几个小组，在幼稚园周围更大的范围内展开搜索。风间和正男一组，沿着街道一家一家店铺询问；妮妮和阿呆一组，在附近的小区里四处查看；小新则和其他几个小朋友一起，在公园的更深处寻找。
时间一分一秒过去，大家都累得气喘吁吁，可依旧没有找到脚踏车。就在大家感到绝望的时候，风间突然想到一个地方——春日部的垃圾处理场。他记得有一次看到一辆被丢弃的脚踏车被垃圾车运到了那里。风间把这个想法告诉了小新，小新觉得哪怕只有一丝希望，也要去看看。
于是，小新、风间、美伢以及其他小伙伴们一起朝着垃圾处理场走去。垃圾处理场里弥漫着一股刺鼻的气味，各种垃圾堆积如山。小新强忍着不适，在垃圾山中艰难地寻找着他的脚踏车。大家也纷纷帮忙，在垃圾中翻找。
突然，阿呆喊道：“你们看，那是不是小新的脚踏车？”众人顺着阿呆手指的方向看去，只见一辆红色脚踏车的一角露在垃圾堆外。小新兴奋地跑过去，扒开周围的垃圾，果然是他心爱的脚踏车！
可脚踏车为什么会出现在这里呢？正当大家疑惑不解时，一位垃圾处理场的工作人员走了过来。他告诉大家，今天早上有个小孩骑着这辆脚踏车，不小心撞到了垃圾车，脚踏车被垃圾车上掉落的一些杂物缠住，小孩又害怕不敢说，就眼睁睁看着脚踏车被垃圾车一起拉到了这里。
小新听后，又好气又好笑，不过找到脚踏车的喜悦还是占了上风。他骑上脚踏车，和小伙伴们一起离开了垃圾处理场。经过这次波折，小新不仅更加珍惜他的脚踏车，还明白了遇到问题要冷静思考，坚持不懈地寻找解决办法。而这次脚踏车失踪案件，也成为了小新和小伙伴们童年生活中一段难忘而又刺激的经历。