Venti anni dopo, nello stesso luogo dove vi erano i lavori in corso nei tunnel delle fogne, la giovane studentessa di [[paleontologia]] Daisy, identica di aspetto alla donna morta nel tunnel, trova un enorme giacimento di strane ossa di dinosauri. Dopo la lite con il costruttore Scapelli, che non intende fermare i lavori nonostante le scoperte archeologiche, scampa per caso alla cattura da parte di due strani tizi, Iggy e Spike, che tra loro parlano di una missione affidatagli dallo zio Koopa, e di quante volte hanno già fallito rapendo la persona sbagliata. Incontrati per caso i due fratelli [[idraulico|idraulici]] Mario e Luigi, Daisy viene invitata a cena dal più giovane dei due, Luigi, insieme a Mario e alla sua fidanzata Daniela. Dopo cena, Daisy porta Luigi a visitare gli scavi, ma arrivati nelle fogne vi trovano due uomini di Scapelli che scappano, dopo aver sabotato l' impianto idraulico e allagato tutto. Allora Daisy e Luigi corrono da Mario per chiedergli aiuto. Mario e Luigi riescono a fermare la fuoriuscita di acqua, ma alle loro spalle arrivano Iggy e Spike, che, dopo aver rapito anche Daniela scambiandola per Daisy, li colpiscono alla testa e trascinano via Daisy. Inseguendo i due, Mario e Luigi arrivano fino ad un muro coimpatto di roccia, dal quale all' improvviso spunta fuori la testa di Daisy che chiede aiuto. Luigi riesce soltanto a strapparle la pietra che Daisy portava sempre al collo (identica a quella incastonata nella capsula), poi sia lui che Mario si tuffano nel muro, arrivando nel mondo parallelo. Inseguendo Iggy e Spike, incontrano una gigantesca donna che gli ruba la pietra e vola via con le sue scarpe a razzo. Confusi e disorientati dal caos, dalla confusione e dall' inquinamento del luogo dove si trovano, i due fratelli vengono catturati dalla polizia mentre si trovano insieme ad un dissidente al dittatore Koopa, Toad. Alla stazione di polizia conoscono Koopa, che gli chiede che fine abbia fatto la pietra, e gli spiega come loro si trovino in un mondo popolato dai discendenti dei dinosauri. Siccome Luigi e Mario non possono né vogliono dargli la pietra, Koopa li conduce alla camera di de-evoluzione, dove già si trova Toad. Il suo cervello ed il suo aspetto regrediscono al livello di un grosso stupido rettile antropomorfo, chiamato Goomba, e il giovane entra così a far parte dell' esercito di Koopa, composto solo da Goomba. Quando arriva il turno di Luigi e Mario, i due riescono a fuggire e ad evadere dalla prigione. Inseguiti dalla polizia su macchine alimentate da un cavo elettrico che tocca un soffitto ad alta tensione (esattamente come negli [[autoscontro|autoscontri]]), riescono a seminarli e ad uscire dalla città, dove non arriva la rete elettrica e quindi non si può proseguire, rischiando di precipitare in un deserto desolato, ma venendo frenati nella caduta da una sorta di enorme fungo giallastro. Nel frattempo Daisy è tenuta prigioniera, insieme a Daniela e ad altre ragazze di Brooklyn catturate per sbaglio da Iggy e Spike, negli alloggi dei Goomba, all' interno delle gigantesche torri di Koopa (quasi identiche alle [[Torri Gemelle]]). Daisy viene trasferita in una nuova stanza e Lena, l' amante di Koopa, le rivela che lei era figlia della ex regina del mondo dei dinosauri. Nel frattempo Koopa porta nella camera di de-evoluzione i suoi incapaci nipoti, Iggy e Spike, per renderli più intelligenti grazie all' opzione apposita presente sulla macchina. I due diventano geniali, ma restano incapaci, e iniziano a nutrire dubbi sulla tirannia dello zio. Vengono inviati nel deserto alla cattura di Luigi e Mario, ma falliscono miseramente e si accordano con i due idraulici: loro gli consegneranno la pietra, e in cambio Iggy e Spike libereranno Daisy. Si scopre così che la pietra è un frammento del meteorite che scisse in due dimensioni la Terra, e se questo frammento venisse reinserito nel meteorite, le due dimensioni potrebbero riunificarsi. Koopa intende conquistare il mondo degli umani, più pulito, ricco e fertile del pianeta dove vivono i discendenti dei dinosauri, un enorme deserto con una sola grande città. Anche Daisy nel frattempo è venuta a conoscenza di essere una discendente dei dinosauri, direttamente per bocca di Koopa che le ha presentato Yoshi (altra citazione, molto vaga, dal videogioco), un piccolo dinosauro che le lascia per compagnia nella sua stanza. Mario e Luigi allora rivelano che la pietra gli è stata rubata, ma fortunatamente Iggy e Spike conoscono la donna autrice del furto, e conducono Luigi e Mario in un locale dove questa lavora come buttafuori. Mario, ballando, riesce a riprendere la pietra, ma arrivano dei Goomba guidati da Lena che catturano Iggy e Spike. Mario e Luigi, tentando di confonderli lanciandosi la pietra fra di loro, la perdono a vantaggio di Lena. Inaspettatamente la buttafuori interviene aiutando Mario e Luigi, e trattiene i Goomba il tempo necessario ai due per scappare usando le scarpe a razzo. Tuffandosi in un camion che trasporta rifiuti, i due riescono ad arrivare alla torre di Koopa dove è tenuta prigioniera Daisy. Entrati, cercano di sabotare il riscaldamento per mettere in crisi i Goomba, a sangue freddo come tutti i rettili. Quindi, indossano delle uniformi da idraulici identiche a quelle presenti nei videogiochi, ed entrano nell' ascensore. Alla prima fermata, però, entrano dei Goomba. Mario e Luigi riescono a non farsi vedere, e quando nell' ascensore si diffonde una musica rilassante, Luigi ha l' intuizione di far ballare i Goomba fra di loro al suono della musica. Così i bestioni si distraggono e i due fratelli riescono ad uscire inosservati dalll' ascensore. Intanto Toad, adesso un Goomba con un' armonica al collo assegnato al servizio di Daisy, le sta portando la cena, quando nella stanza entra Lena, intenzionata ad uciderla. Infatti Lena riteneva che Koopa volesse sostituirla con la ragazza, poiché questi sosteneva di avere bisogno della principessa, l' unica ad avere la forza necesaria per riunificare i due mondi. L' intervento di Yoshi però salva Daisy, che scappa dalla stanza dove era rinchiusa, e incontra di nuovo Toad che le stava portando il cibo. Improvvisamente giungono due Goomba che tengono prigionieri Iggy e Spike, che devono essere giustiziati. I due implorano aiuto a Daisy, ma i due Goomba, confusi, sparano su Toad con i loro lanciafiamme e lasciano andare i due. Daisy riesce a salvare Toad, dopodiché scappa insieme ai nipoti di Koopa. Questi, prima difuggire, la conducono nella stanza "del trono", dove c' è quello che resta di suo padre. Infatti, il vecchio re deposto da Koopa è stato de-evoluto fino allo stadio di fungo, ed è lui a infestare tutta la città. Dopodiché Daisy, dalla stanza di controllo del grattacielo, riesce a guidare Mario e Luigi fino a lei. Qui i due idraulici scoprono perché il fungo li ha aiutati in tutti i modi possibili, frenandogli la caduta, consegnandogli armi: infatti, misteriosamente, il fungo riesce a percepire cosa succede, e "vuole sconfiggere Koopa anche lui". Mario si reca a liberare Daniela e le altre ragazze, mentre Luigi e Daisy cercano di fermare Lena, che ormai lavora da sola ed ha dato ordine alle truppe di prepararsi all' invasione, fingendo di agire dietro richiesta di Koopa. Però anche questi ha scoperto tutto, e casualmente, incontra Luigi e Daisy, che vengono catturati, mentre la pietra viene recuperata dai poliziotti e consegnata a lui. Quando Koopa ha la situazione in pugno, e annuncia che, con i nuovi fucili a de-evoluzione trasformerà tutti gli esseri umani in scimmie, accade un imprevisto: infatti Mario, che aveva liberato Daniela e le altre ragazze terrestri, era fuggito con loro, inseguito dai Goomba, su un materassino lanciato come una slitta nelle tubature ghiacciate della torre. Il materassino sfonda le grate ed atterra addosso a Koopa, Luigi, Daisy e ai Goomba che li tenevano prigionieri, permettendo loro di scappare. La pietra scappa di mano a Koopa, e viene afferrata al volo da Lena, che corre a inserirla nel meteorite inseguita da Daisy e Luigi, che conducono anche Daniela e le altre terrestri al passaggio per rientrare a Brooklyn, dove queste avvertono la polizia e la stampa. Mario sta lottando contro Koopa usando una piccola bomba semovente datagli dal fungo, ma la bomba cade giù dalla passerella dove si trovano lui e Koopa. D' improvviso, Lena inserisce la pietra, ma muore investita da una scossa elettrica. I due mondi i fondono, e al posto delle Torri Gemelle compaiono le torri di Koopa. Questi cerca di attaccare Mario, ma colpisce Scapelli, che si trovava insieme ad una folla di newyorchesi nel cantiere dgli scavi archeologici, e lo trasforma in scimmia. Invece Daisy e Luigi si trovano vicino al meteorite, luogo "condiviso" dai due mondi, e Luigi riesce ad estrarre il frammento usando un cavatappi, riportando Mario e Koopa nel mondo dei dinosauri. Qui, mentre i Goomba vengono distratti da Toad che con la sua armonica suona lo stesso motivetto dell' ascensore, contemporaneamente Mario e Luigi colpiscono Koopa con i fucili a de-evoluzione, e la bomba semovente (ritornata sulla passerella grazie al fungo che l' ha "instradata") esplode sotto i piedi di Koopa. È la fine per Koopa, che viene de-evoluto prima in un [[Tyrannosaurus Rex]], e poi in una melma amorfa. Il mondo dei dinosauri è di nuovo libero, Mario e Luigi sono festeggiati come eroi, e nell' ultima scena tutti i Goomba sono in fila davanti alla macchina di de-evoluzione per ritornare normali.