Lilo ve Stitch, Jumba ve Pleakley birlikte Jumba'nın genetik deneylerinin hepsini yakalamayı başarmış ve her bir deneyin ait olduğu gerçek yeri bulmuşlardır. Stitch, Jumba ve Pleakley'e Galaktik İttifak'ta görevler teklif edilir, ancak onlar bu teklifleri geri çevirir çünkü Lilo ile Dünya'da kalmak istemektedirler. Ancak Lilo, uzaylı arkadaşlarının ait oldukları yerler olduğunu fark eder ve artık onlara veda etme zamanının geldiğini anlar. Bu sırada, Gantu Dünya’yı terk eder ve Doktor Jacques Von Hamsterviel’i hapisten kaçırır. Doktor Hamsterviel, galaksiyi ele geçirmek için yeni bir deney olan "Leroy"u yaratıp klonlamayı planlamaktadır. Film, Lilo ve Stitch’in dostluk ve aidiyet duygusunu keşfederken karşılaştıkları zorlukları ele alır. Onların yaşadığı macera, Galaktik İttifak ve Jumba’nın deneyleriyle baş etme çabaları, izleyicilere heyecan ve mizah dolu anlar sunar. Filmdeki karakterlerin her biri kendi kişisel gelişim yolculuklarına çıkar ve bu süreçte de izleyicilere sıcak ve etkileyici bir hikaye sunarlar. Lilo'nun, arkadaşlarının kendi yerlerini bulmaları gerektiğini kabul etmesi, hikayeye duygusal bir derinlik katar. Stitch, Jumba ve Pleakley ile geçirilen eğlenceli anlar ve yaşanan duygusal vedalar, film boyunca izleyicilerin kalbine dokunacak türden sahneler sunar. Film, sadece bir bilim kurgu hikayesi değil, aynı zamanda sevgi, bağlılık ve veda temalarını da işler.