《人鱼童话3》承接前作故事，成年后的杰西投身海岸科考队，而重返海洋的虎鲸威利也拥有了自己的族群。一次出海任务中，杰西结识了在偷猎船上打工的男孩麦克斯，麦克斯在船上发现了被非法渔网困住的威利，内心深受触动。两人决定不顾危险，共同保护这只曾与杰西结下深厚情谊的鲸鱼。偷猎船船长贪图利益，企图将威利捕获售卖。杰西和麦克斯借助科考队的资源，与偷猎者展开海上周旋。过程中，麦克斯逐渐认清偷猎行为的残酷，而杰西也在保护威利的过程中重新审视人与自然的关系。他们不仅要应对恶劣天气和狡猾的对手，还要争取更多人的支持。最终，在杰西和麦克斯的努力下，威利被成功解救并重返深海。麦克斯选择离开偷猎船，加入保护海洋的队伍。本片以鲸鱼威利为纽带，传递出尊重生命、守护家园的永恒主题，也见证了两位主角在冒险中的成长与蜕变。