《三毛历险记》是中国国际电视总公司和央视动画有限公司共同出品的童话题材动画作品。剧情承接《三毛奇遇记》，讲述了三毛、小拉里和他们在童话世界认识的新朋友前往新的世界——游戏世界进行冒险的故事。

张乐平先生笔下的三毛，在中国堪称是家喻户晓，在国外也有一定影响。作为中国最具影响力的儿童漫画形象，三毛拥有巨大的商业优势。他的形象简明独特，家喻户晓，几代中国民众都对这个光头上长着三根毛的小男孩抱有亲切感。三毛的经久不衰使他拥有了浓厚的文化底蕴和传播基础，在打开市场的宣传上能够占据较大优势。

2010年11月10日，111集大型动画系列片《三毛》首发首映信息发布会暨纪念张乐平诞辰一百周年大会在人民大会堂北京厅隆重召开。发布会由著名的央视少儿节目主持人鞠萍主持，国家广电总局宣传管理司司长金德龙、中央电视台少儿频道总监盛亦来、辉煌动画公司总经理周凤英、海盐县委副书记姚沈良、“知心姐姐”卢勤、《三毛》动画片主创代表朱敏导演、中南出版传媒集团有限公司副总经理刘清华、张乐平的长女张娓娓等领导和嘉宾致辞。在大会上同时进行了北京辉煌动画公司与《三毛奇遇记》的衍生产品的授权签约仪式。其中包括《三毛从军记》、《三毛历险记》、《三毛奇遇记》、《三毛旅行记》等系列动画片。

在经历了“奇遇记”中的奇幻冒险之后，三毛得到了进一步的锻炼与成长，并增添了勇气与智慧。

而现在，三毛、小拉里、巧巧和小怪怪这四个小伙伴正在童话世界中过着幸福快活的日子。突然有一天，他们的平静生活被一件突发事件所改变。

这一天，三毛正在图书馆里看书，一个古灵精怪的女孩突然出现在他眼前，对三毛百般捉弄，令三毛哭笑不得。这个叫做小魔女的女孩，把三毛引到郊外，并把他绑架到了神秘的怪侠堂。原来，这里是小魔女的家，而她希望三毛能永远陪她一起玩耍。而三毛却只想回家，和小伙伴们一起回学校上学。他们的争执引起了小魔女的舅舅——怪侠堂主人红毛天王的注意。他也对三毛产生了兴趣，打算把他训练成自己的忠实手下，为他服务。红毛天王不顾三毛和小魔女的反对，把三毛送进了他的金刚训练营。训练营的教务主任是邪恶的老妖婆，她一心想陷害三毛，故意让三毛经受一系列严酷的训练和挑战。三毛凭借自己的智慧与勇气，战胜了妄图伤害自己的敌人，并在小魔女的帮助下，逃出了训练营。

老妖婆发现三毛逃跑，十分生气，命令自己的部下要把三毛追回来。被追得狼狈不堪的三毛遇到了一个热心的飞机驾驶员小高，在好心的小高的帮助下，三毛摆脱了老妖婆的追击，走上了回家的路。

在此同时，红毛天王指挥着金刚、武士们，占领了三毛生活的城市，把三毛的好朋友巧巧、小拉里和小怪怪以及许多善良的人都抓了起来，并把原本安宁的城市变成了一个乌烟瘴气、混乱不堪的地方。

三毛在逃跑的路上得知了这个消息，还了解到巧巧、小拉里和小怪怪抓后被押在红毛天王的训练营，红毛天王也想把他们变成自己的仆人。三毛为了搭救朋友们，不顾自己的安危，又重返红毛天王的老巢。在三毛与朋友们的共同努力之下，他们逃了出来，并摆脱了红毛天王的控制。在逃跑过程中，三毛他们又得知，原来在红毛天王的背后，还有一个更神秘、也更危险的敌人——魔影大帝。魔影大帝与红毛天王和老妖婆等恶势力，妄图控制整个童话世界，破坏平日的安宁。

在这个危急时刻，三毛与小伙伴们为了整个童话世界，为了让所有善良的人们恢复正常的生活，他们不畏惧邪恶的魔影大帝，决定前往他的核心堡垒，向魔影大帝挑战。

不过魔影怪是不会束手待毙的，他在三毛等人的前进路上埋伏了三道险关，还设置了一个可以毁灭整个世界的定时炸弹。在压力与危险之下，三毛等人并没有后退，而是一直向前走。

而红毛天王也率领老妖婆和小魔女对三毛等人进行了阻截。最初，小魔女一心要把三毛拦住。可是，小魔女被三毛等人的勇气与正义感所深深感染，改变了自己的任性个性，从一个只会玩耍的小淘气转变成了勇于担任责任又愿意为朋友牺牲自己的人。在幻影城中，由于老妖婆和红毛天王的阴谋，三毛等人陷入了前所未有的危机之中。这时候，小魔女甘愿牺牲自己的生命，来换取朋友们的安全。当小魔女消失在三毛等人眼前时，幻影城也随着消失了。三毛等人通过了第一道关卡。

带着对小魔女的深切思念，三毛等人继续上路。而不甘心失败的老妖婆又派来了更强大的手下拦截三毛。三毛等人与老妖婆斗智斗勇，运用智慧冲破了一道道难关。老妖婆恼羞成怒，施展出了最强大的法力，将三毛他们陷入绝地。就在三毛他们束手无策的时候，一件意外的发生拯救了几乎的三毛他们。原来是魔影大帝把爆炸时间提前了。在巨大的爆炸面前，所有人都跑到掩体中躲避爆炸，老妖婆也无暇顾及三毛等人，自己逃命去了。三毛等人被爆炸的声浪带进了一个陌生的空间。这里是个自由的乐园，很多躲避魔影大帝和红毛天王控制的人都藏身而此，每天庆祝和狂欢。他们见到三毛，希望三毛他们留下和他们一起过自由自在的日子。可是三毛没有忘记自己的使命与那些需要自己援救的人，坚持离开。这里的首领担心三毛向魔影大帝透露自己的行踪，于是出了很多难题难为他们，目的就是不让三毛他们离开。可是三毛和伙伴们并没有被吓倒，运用智慧又闯过了这一关。

在经历了一番艰难之后，三毛他们最终来到了魔影大帝的核心堡垒。他们不但救出了被抓的人们，还意外的发现，原来小魔女还活在世上。三毛和小伙伴们救出了小魔女，并与魔影大帝进行了一番激烈的斗智斗勇。而胜利自然是属于那些充满希望而爱好和平的人们……最终，三毛他们战胜了魔影大帝，童话世界又重新恢复了以前的安宁景象。