由于小木偶在上次召开的探海大会上出了丑，遭到老蚌、石子、螃蟹的笑话，所以他下定决心要到水下去看看海到底有多深。
为了实现这个愿望，小木偶不怕千辛万苦，造了一艘潜水艇，向海底驶去。在大海里，小木偶看见了许多从未看见过的生物——鱼，这些生物五颜六色的，有棕色和白色斑纹的石斑鱼；有红白混合的小丑鱼，有丑陋而擅长迷彩伪装的狮子鱼，还有成群结队的唐王鱼……
小木偶驾驶着潜水艇继续向下驶去，正当小木偶自得其乐时，潜水艇的左侧遭到了猛烈的撞击，潜水艇差点儿就被掀翻了，小木偶向外望去，他顿时震住了，一只体型庞大的鲨鱼正对着他的潜水艇呲牙咧嘴，好像要把他的潜水艇给吃了。呆了一会儿，眼看鲨鱼就要把小木偶的潜水艇给吃了，小木偶立刻握住操纵杆向前一推，潜水艇便飞快地向前开去，眼看潜水艇就要撞上海底的山了，小木偶又立刻把了舵继续向前开去，四周越来越黑，最终鲨鱼忍受不住那个地方的水压，只好放弃了捕食潜水艇的愿望，知足地离开了。小木偶也成功地脱离了鲨鱼的追捕，这一切听起来就像吹牛大王历险记一般神。
接着，小木偶又看见了一个洞，他觉得十分好奇，就忍不住把潜水艇开了进去，一阵呼噜声使他向窗外望瞭望，原来是一只大章鱼正在睡觉，为了不打扰它，小木偶把潜水艇向外面开去，可是后面突然出现了一股强劲的吸力，看来潜水艇发出的声音还是吵醒了大章鱼，于是小木偶也加足马力向前开去，最后，生物还是比不过机械，小木偶还是成功了。
小木偶在海里发生的趣事还是很多，上岸后，他还写了《海底历险记》这本书呢！