桃乐丝（费尔鲁扎·鲍克 Fairuza Balk 饰）对曾在奥兹国经历的一切都无比的怀念，无奈她弄丢了能够帮助她前往彼处的红宝石鞋。叔叔和婶婶以为桃乐丝已经疯了，将她送进了精神病院，在那里，桃乐丝遇见了一个陌生的女孩，在女孩的帮助下，桃乐丝成功的逃离了医院，并且在误打误撞之中再度来到了奥兹国。 不知道该何去何从的桃乐丝向她的老朋友稻草人寻求帮助，哪知道却误入了石头国王诺姆精心编制的圈套。来到了翡翠城，桃乐丝震惊的发现这里已经成为了一片废墟，就在这个节骨眼上，她又遭到了女巫格林达和其爪牙的攻击，被关进了地牢之中。
1899 年秋天，多萝西·盖尔 (Dorothy Gale)被艾姆姨妈和亨利叔叔带到沃利医生的疗养院，担心她对奥兹国的持续痴迷是一种错觉。沃利和他的助手威尔逊护士计划在闪电导致停电之前对多萝西进行电疗。多萝西被一位神秘女孩救起，她告诉她机器伤害了病人，两人逃脱了。威尔逊护士将女孩们追到河里，多萝西在鸡舍上漂走了，无法拯救另一个女孩。
多萝西和她的小鸡比莉娜在奥兹国醒来，她现在可以说话了。他们沿着一条受损的黄砖路前往翡翠城，翡翠城已成为废墟，包括铁皮人和胆怯的狮子在内的公民都变成了石头。惠勒一家——用轮子代替手脚的人——抓住了他们，但他们被机械人Tik-Tok救了，Tik-Tok 解释说奥兹国国王稻草人让他等待多萝西回来。
为了寻找稻草人，他们到达了蒙比公主的城堡，公主拥有一系列“可穿戴”头像。在她透露对奥兹国的破坏负有责任的诺姆国王将稻草人关在他的山上后，她将这群人囚禁在一座塔中，打算拿走多萝西的头作为她的收藏。他们遇到了南瓜头杰克，他解释说他是被蒙比的生命之粉赋予生命的。多萝西偷了这些粉末，用家具和阿甘的头建造了一个飞行生物，阿甘是一种类似驼鹿的动物，它带着他们穿过致命的沙漠到达诺姆王的山，蒙比和惠勒夫妇追赶着他们。
阿甘号坠毁在山上，多萝西与稻草人短暂重逢。诺姆国王将稻草人变成了一件装饰品，并让每个小组猜出三种，猜猜这是他的哪一件装饰品。阿甘、杰克和抖音都失败了，自己也变成了装饰品。在多萝西开始她的回合之前，诺姆国王透露他拥有她丢失的红宝石拖鞋，并用它们征服了奥兹国；他提出用它们送她回家，但多萝西拒绝了。
经过最后的猜测，多萝西选择了一颗绿色宝石，它变成了稻草人。意识到奥兹国的居民变成了绿色物体，她找到并恢复了杰克和阿甘。诺姆国王被激怒了，将蒙比囚禁起来，作为对多萝西逃跑的惩罚，然后诺姆国王变得巨大。他准备吃掉杰克，然后比莉娜在杰克的头上下了一颗蛋，蛋掉进了诺姆王的嘴里，毒死了他。当地下诺姆王国崩溃时，多萝西取回红宝石拖鞋并匆忙穿上它们。她希望大家能够回到修复后的翡翠城，阿甘鹿角上的绿色奖章也被恢复到抖音上。
奥兹国的人民要求多萝西成为他们的女王，但她渴望回家，而比利娜选择留下来。疗养院的女孩、奥兹国的合法统治者奥兹玛公主从蒙比囚禁她的镜子中被释放，并登上了王位。多萝西将红宝石拖鞋交给奥兹玛，奥兹玛用它们送多萝西回家，并承诺如果她愿意，将来可以回来。多萝西在堪萨斯州的河岸上被家人发现，埃姆阿姨告诉她诊所被烧毁，除了沃利之外