El padre de Pie Pequeño, Bron y Shorty viajan al Great Valley para darle la noticia de que tomará la "Prueba de Big Longneck", una prueba de tres etapas para ver si un Longneck es capaz de liderar una manada. Mientras tanto, Shorty intenta guiar a los amigos de Littlefoot en una aventura.

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En una era muy lejana de volcanes en erupción y peligrosos movimientos de tierra, un pequeño Apatosaurus (en la película, un cuellolargo) llamado Piecito (Pie Pequeño en algunos países de Hispanoamérica) se encuentra de pronto teniendo que sobrevivir por sí mismo. Es la única cría de su manada, compuesta por su abuelo, su abuela y su madre.

Durante «la gran sacudida» (un terremoto), su madre muere luego de enfrentarse a un Tyrannosaurus rex (en la película llamado Diente agudo o Diente filoso en Hispanoamérica).

Piecitos parte entonces en busca del legendario Gran Valle y por el camino, que su madre le había indicado antes de morir, conoce a otros cuatro jóvenes dinosaurios que se unen en su búsqueda: el bocazas (Saurolophus) Ducky (Patito en algunos países de Hispanoamérica), la trescuernos (Triceratops) Cera, el coladepúas (Stegosaurus) Spike (Púas en la primera película y su nombre original en el resto de las películas) y Petrie (pronúnciese «Petri»), un volador (o pterosaurio, aunque estos animales no fueran en realidad dinosaurios sino un grupo aparte).

Es un viaje lleno de sorpresas y peligros en el que la pequeña pero valiente pandilla tendrá que enfrentarse a los más temibles depredadores y a innumerables desafíos, para descubrir nuevas lecciones de vida y la importancia de trabajar en equipo.