Os agentes secretos Juni (Daryl Sabara) e Carmen Cortez (Alexa Vega) partem em mais uma missão alucinante: uma viagem dentro do mundo da realidade virtual de um videogame 3D de onde surgem gráficos inspiradores e criaturas muito perigosas! Enquanto enfrentam desafios cada vez maiores através de níveis cada vez mais difíceis do jogo, os Pequenos Espiões devem contar com bom humor, alta tecnologia, e os laços de família, a fim de impedir que um vilão sedento por poder (Sylvester Stallone) controle a juventude do mundo!