这部电影根据张乐平漫画改编，讲述了孤儿三毛的辛酸遭遇。三毛是旧上海的一名流浪儿童，他没有家，没有亲人，吃贴广告用的浆糊，睡在垃圾车里，冬天就以破麻袋披在身上御寒。他做过各种各样的事情；卖报、拣拉圾、帮别人推三轮车……但他挣到的钱连吃顿饱饭都不够。一天，他在路旁拾到一个钱夹，好心的三毛把它交还了失主，而失主反诬他是扒手，打了他一顿。流氓爷叔见三毛年少不懂事，便利用他做坏事。等三毛明白自己受了爷叔利用时，宁可饿肚子，也不再乾爷叔教他的坏事。一个有钱的贵妇人收养了三毛，给他穿上皮鞋，对他进行管束，天性散漫的三毛不愿在富人家过寄生虫般的生活，在一次为他举行酒会的时候，他捣乱酒会，撕破华服，和往日一起讨饭的小伴一起，走向属于他们的流浪生活。解放后，他结束了流浪，过上了正常的生活。

解放前的旧上海，大资本家、军阀、投机商人、洋人、流氓、骗子横行于世，他们过着养尊处优、挥金如土的腐败日子，而底层人民则穷苦不堪，生活艰辛。大头、圆鼻子、三根头发、瘦小身材，这个外貌滑稽的男孩就是本片的主人公三毛。三毛自幼失去父母，无依无靠的他终日在上海街头流浪，身无分文的他饿极了甚至吃刷广告的浆糊，困了就睡在垃圾车里。为了生存他送报纸、推黄包车、捡烟头，然而霉运却总尾随其后，所有的事都以失败告终。他好心做善事，反遭到诬陷和殴打。不过，生活在黑暗底层的三毛始终保持着诚实善良的性格，他从不愿为一口饭而沦为他人做恶的工具

某矿山公司工程师赵书信，精通德语 ，工作认真负责。半辈子独身养成一个怪癖，喜欢一人下棋。伴随他多年的一副棋子，与他结下了情缘。一次 ，赵工出差回来后，发现少了一只黑炮棋子，急忙冒雨奔到邮电局，发了 一封“丢失黑炮３０１找赵”的电报给旅馆，请求帮助去３０１室寻找。 岂料，这纸电文引起了人们的警惕，公安局迅即立案侦察。 因所谓“黑炮事件”，公司领导将赵书信调离原工作岗位，由一位不熟悉工程安装专业的旅游翻译冯良才接替他的工作。这 时，德国专家汉斯·施密特为WD工程的最后安装，第二次来公司。曾与他合作得很好的赵工，却未能再度与他合作，汉斯很失望。由于冯在翻译上连连失误，汉斯大为恼火，多次提出要赵工来WD工地，并私下去找赵工商量合作事宜，赵工很为难。 经理李任重走访赵书信，无意中发现了那副缺了黑炮子的象棋，才明白真相。他在党委会上建议让赵书信继续出任翻译 ，党委书记周玉珍认为，“黑炮事件”尚未最后搞清，不能贸然行动。而可怜的赵工对此却懵然不知，他在夜深人静时，打着手电对WD工程进行检查。还利用与汉斯会见的短暂时间， 向汉斯了解工程安装的程序。 因冯良才将“轴承”错译为“支架”致使WD 试车时，轴承全部烧毁，国家损失严重。不久，邮电局送来赵书信的一个邮包，周书记等人秘密将它打开。望着盒中仅有的一只黑炮棋子，周玉珍埋怨赵工不该发这份电报，赵书信吃惊而又不解地问：“难道发电报我都不能作主？”

在某国w城，爱国华裔科学家赵谦教授试制成功高效原子电池，他拒绝了各大财团重金收买原子电池专利权的企求，决定把样品和资料全部带回祖国。当天夜里，赵教授被人暗杀。赵教授的未来女婿，青年科学家陈天虹为实现教授的遗愿，携带电池样品驾机逃走。途中，飞机被一种奇特的空中武器击落，天虹掉落海中。他挣扎着向附近的一座小岛游去，一条鲨鱼向他游来，在这危急关头，只见一道火光闪过，鲨鱼即刻死去，天虹游到小岛上。这是一座神秘的小岛，岛上只住着一位老科学家、赵教授的好友马太博士和他的哑巴仆人阿芒，岛上有一座复杂神奇的实验中心，马太博士在这里经过10年奋斗试制成功了激光器，刚才就是马太博士在实验室里运用激光器救起了天虹。当天虹了解到马太博士尚未解决激光器的电源问题时就把高效原子电池交给马太博士。当他们认识到维纳司公司企图把赵教授和马太博士的研究成果结合起来，制造一种新式武器威胁人类和平时，决心阻止这一罪恶行径。维纳司公司害怕阴谋败露，派人来岛上索取资料并要炸毁小岛，消灭罪证。经过一场激烈的搏斗，军舰携带资料逃走，小岛即将被炸，在这千钧一发的时刻，天虹配合生命垂危的马太博士用新试制成功的激光器和高效原子电池击沉了军舰，小岛爆炸了。科学家们的新发明虽没能留下，但他们用鲜血和生命捍卫了人类和平。

上海吉祥里的一群普通家庭妇女，积极参加大跃进，纷纷要求走进工厂为国家建设贡献力量。居民委员会主任戴妈妈对这一想法给予全力支持，里弄相继成立起托儿所、食堂和缝纫组。但是，妇女们的热情行动却遭到各种落后思想的阻挠。王彩凤的婆婆刘大妈认为儿媳妇应该留在家中好好料理家务，虽然丈夫刘根发非常支持妻子，但刘大妈仍然非常生气，并找戴妈妈说理。戴妈妈批评她的落后思想，刘大妈亲眼看到托儿所、食堂办得非常好，放心地把孙子送进托儿所，与儿媳的关系越发密切。郑宝卿非常大男子主义，阻止妻子蔡桂贞参加生产组，虽然桂贞做到事业家庭两不误，他却仍与妻子闹别扭，桂贞怒极提出离婚。在戴妈妈的劝说下，郑宝卿认识到错误，夫妻更加和睦。缝纫能手陆阿凤因为怕自己的缝纫机被借用，没有参加缝纫组，但同志们无私的爱心与关怀使她深受教育，主动拿出缝纫机支援生产。各项工作蓬勃开展，吉祥里的生活更加美好。