罗伊是一只乌龟，从小生长在和平镇，父亲莫伊是个单车修理工，从小罗伊就生活在单车的机械零件中，对于单车有着天生的好感。在入学仪式上，罗伊遇到了同样新生入学的兔子韦莱斯，罗伊和韦莱斯的第一次见面并不友好，最终不欢而散。韦莱斯自小喜欢单车却遭到父亲的反对，倔脾气的韦莱斯决定参加“Speed race”竞赛，证明给父亲看。直到一场比赛消除了罗伊和韦莱斯的隔阂，韦莱斯为了加入单车社团，和社团三人组之一的康斯坦比赛，比赛前夕自行车却遭到了破坏。紧急时刻，罗伊出现了，韦莱斯是否能化险为夷如愿以偿参加“Speed race”竞赛呢。电影中还加入了一个崭新的角色——韦莱斯的父亲。在以往的龟兔故事中，少有父亲的形象出现 。《龟兔大作战》中所体现出的为梦想坚持，不惧艰苦的精神也逐渐被揭示。预告片中，兔子韦莱斯在比赛时坚毅的眼神，无一不彰显着他为了梦想而奋斗、努力、坚持不懈的觉悟和信心。影片细腻展现了兔子韦莱斯和父亲间的父子情感，对二人间的矛盾和情感刻画十分贴合现实，象征与映射出父爱的深沉，进一步引发各个年龄段的观众思考。