Натку Шегалову назначают вожатой в пионерлагерь «Артек». Москвичка мечтала стать летчицей, а предстоит возня с детьми. В поезде внимание привлекают мужчина и 6-летний мальчик. Позже возле лагеря она видит своих спутников, направляющихся в домик на утесе.
В лагерь съехались ребята со всех уголков СССР, жизнь кипит. Как-то вечером, Натка видит в своей комнате спящего мальчика-попутчика. Из записки следует: Алька – сын инженера Ганина, тот срочно выехал устранять аварию на канале. Натка берет шефство над Алькой, знакомит с ребятами.
Двое пионеров тайком бегают из лагеря изучать окрестности. У старой крепости мальчишки замечают подозрительного незнакомца, исчезающего в тайном лазе.
Однажды перед сном Алька рассказывает Натке военную сказку о смелом Мальчише-Кибальчише и неразгаданной военной тайне. Натка пересказывает сказку октябрятам.
В дальние годы, как только отгремела война жил Мальчиш-Кибальчиш. Он помогал отцу и брату в поле. Но пришла беда – снова напали на страну буржуины.
Отец ушел в Красную Армию. Вскоре настала очередь старшего брата, но буржуины все наступают. Раненый красноармеец призывает сельчан: вставайте, кто остался, снаряды есть, но стрелки побиты, помощь близка – надо лишь ночь простоять да день продержаться.
Глянул Кибальшиш – пустая улица, некому на защиту вставать. И призвал он мальчишей-малышей на подмогу идти. Поднялись мальчиши и пошли землю свою защищать. Только Плохиш хотел буржуинам служить, все высматривал, как врагам помочь.
Главный Буржуин тем временем сердится: войско с малышами справиться не может! Пригорюнились буржуины, а тут Плохиш из кустов вылезает: он снаряды мальчишей поджог. За предательство дали ему бочку варенья и корзину печенья.
Схватили враги Кибальчиша и стали выпытать тайну Красной Армии: отчего все бьются с ней, а победить не могут? Но не открыл мальчик тайну, так и погиб с ней. И тут налетели на буржуинов красные отряды и разбили врагов. Мальчиша схоронили у реки и поставили над могилой флаг.
На строительстве плотины выявилась недостача. Десятника Дягилева арестовали за диверсии и воровство. Через два дня шлюзы открыли – появилась вода, заработали фонтаны.
Ганин с Алькой возвращались в свой домик, когда отец вспомнил о забытых папиросах. Мальчик побежал обратно. В тот момент из кустов появился брат врага народа и потребовал отпустить родственника. Отказ привел пьяницу в бешенство, он стал метать в инженера булыжники. Ганинуслышал сзади шорох и понял, что это Алька. Он выхватил браунинг и выстрелил в нападавшего.
Но Алька не шевелился. Он погиб от руки врага, как и его мать - румынская комсомолка Марица Маргулиес. Весь лагерь пришел отдать почести своему товарищу. Похоронили Альку на скале. Натка переосмыслила стремления, теперь она искренне желает воспитывать достойную смену.