똘똘이와 복남이는 우연히 친구 이쁜이의 집에 나란히 나타나 원자력의 권위자 지박사를 납치해 가는 걸 목격한다. 이튿날 북괴간첩의 소행임이 밝혀지자 똘똘이는 수사에 유력한 단서인 인상착의를 제공하여 큰 도움을 준다. 이무렵 똘똘이와 복남이는 인천바닷가로 생물채집을 갔다가 납치범의 한사람을 발견하고 결사적으로 미행하여 그들의 아지트를 찾아내나 결국 그들에게 붙잡혀 구금되고 만다. 똘똘이는 같은 건물에 구금되어 실의에 빠져있던 지박사를 만나 꼭 구출될 것을 확인시켜준다. 월북할 준비를 하는 간첩들, 그동안 똘똘이는 타고난 기지를 발휘하여 그곳을 탈출하는데 성공하여 경찰에 신고한다. 수분후 드디어 간첩일당의 붉은 야욕은 분쇄되고 지박사는 구출된다.