唐僧师徒四人在前往西天取经的途中,遇到了火焰山这一难关。火焰山周围八百里,四季如火,温度极高。为了解决这一问题,孙悟空和猪八戒前往翠屏山芭蕉洞寻找铁扇公主借灭火的芭蕉扇。然而,铁扇公主却不肯借予。
孙悟空变作一只小虫,钻进铁扇公主的腹内大闹一番,最终成功拿到了一把假扇子。而猪八戒则化作牛魔王的模样,从铁扇公主手中骗到了真扇。牛魔王此时正在与狐狸精寻欢作乐,当他听到扇子被抢走的消息后,赶紧回到家中,并化身为孙悟空的模样,从猪八戒手中夺回了扇子。
影片结尾,悟空和八戒以及乡亲们联手打败了牛魔王,终于得到了宝扇,成功地熄灭了火焰山的烈火,继续踏上了取经之路。
影片中的牛魔王,实际上是对中国抗日战争时期“日本鬼子”的一种影射。万氏兄弟希望通过这部动画片,鼓舞全国人民的抗战热情。
本片是中国第一部长篇有声立体卡通(动画电影),手冢治虫也受到了《铁扇公主》的影响,决定投身于动画行业。