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Dans ce film, Alvin, Simon et Théodore rencontrent de nouveaux défis après un accident pendant un concert à Paris qui laisse Dave et sa tante Jackie à l'hôpital. Toby, le petit-fils de Jackie, est chargé de s'occuper des Chipmunks mais est initialement distrait par les jeux vidéo. Finalement, Toby s'investit dans le rôle de gardien des Chipmunks, alors qu'ils doivent également faire face aux problèmes scolaires et aux rivalités avec Ryan.

De plus, trois nouvelles Chipettes, Brittany, Jeanette et Éléonore, font leur apparition et sont recrutées par l'ancien manager des Chipmunks, Ian Hawke, pour tenter de se venger en les utilisant pour son propre gain.