Eines Abend, kurz nach dem Zubettgehen und kurz vor dem Träumen, bekommen Anneliese und Peterchen in ihrem Kinderzimmer Besuch von dem Geige spielenden Maikäfer Sumsemann. Sie schließen Freundschaft mit ihm und versprechen, ihm bei der Suche nach seinem fehlenden sechsten Beinchen zu helfen, das der böse gefräßige Mondmann vor langer Zeit auf den Mondberg gebracht hat und dort aufmerksam bewacht. Nur mit Hilfe zweier mutiger Kinder könnte der Käfer sein fehlendes Bein zurückbekommen. Für die lange Reise durch den nächtlichen Himmel müssen Peterchen und Anneliese jedoch erstmal fliegen lernen und eine Flugprüfung ablegen.
Zwar bestehen Anneliese und Peterchen die Flugprüfung mit Bravour, jedoch gilt die Fluglizenz nur bis zum ersten Morgenlicht. Eine Überschreitung würde ewige Verbannung auf dem Mond bedeuten. Trotzdem starten die Kinder mit dem Käfer mutig zu der gefahrenvollen Reise, um Sumsemanns sechstes Beinchen aus den gierigen Krallen des gefräßigen Mondmannes zu befreien. Erste Gefahr bringt ein heftiges Unwetter, das die übermütigen Naturgeister den tapferen Himmelsreisenden bescheren. Nachdem dies Unheil überstanden ist, und auch die erzürnte Regenbogenfrau wieder besänftigt werden kann, gewinnt die kleine Schar sogar einen neuen Freund. Der Sandmann will sie mit einem Schmetterlingsschlitten zum Schloss der Nachtfee bringen. Auf der Milchstraße jedoch gibt es erstmal eine Panne.
In die endlose Tiefe des Weltraums blicken Anneliese und Peterchen durch das Schlagloch, an dem sich Sandmanns Schmetterlingsschlitten festgefahren hat. Doch die Himmelsziegen helfen mit, das Gefährt wieder flott zu kriegen. Nachdem die Kinder auch noch den kleinen Schmetterling aus einer gefährlichen Situation befreit zu haben, geht die Reise weiter durch einen Sternschnuppenschwarm zum prächtigen Schloss der hilfreichen Nachtfee. Hier wird die kleine Reiseschar gastfreundlich aufgenommen und von den Naturgeistern zu einem fest eingeladen. Zwar bringt der kleine Bär die ganze Tafel durcheinander, aber der große Bär wird die Sumsemannexpedition jetzt weiter zum Mond tragen.
Auf dem Rücken des großen Bären geht die abenteuerliche Reise zum Mond weiter. Anneliese und Peterchen, Sand- und Sumsemann werden kräftig durchgeschüttelt, als der Bär übermütig mit den Sternen Kobolz spielt. Ein feuriger Komet setzt den Bärenschwanz in Brand. Die Kinder löschen geistesgegenwärtig das Feuer. Schließlich erreichen alle glücklich ihr Ziel und machen sich sogleich auf die Suche nach Futter für den hungrigen Meister Himmelspetz. Aufgeregt durchstreifen sie die spielzeugübersäte Weihnachtsweise, wo sie bald dem Weihnachtsmann begegnen. Weil ihn Sumsemanns beinhartes Schicksal rührt, bewilligt er den dringend notwendigen Proviant für den hungrigen Bären. Auf dem Weg zum Landeplatz verirrt sich die kleine Schar.
Völlig überrascht gelangt die Sumsemann-Expedition auf die Osterweise, wo ein alter Osterhase den staunenden Mondreisenden genau erläutert, wie die gesamte Produktion von Ostereiern heutzutage gefahren wird. Danach geht es auf dem Rücken des sattgefütterten Bären weiter. Nachdem ein heimtückischer Überfall der gierigen Mondwölfe erfolgreich abgewehrt ist, endet die Reise vorläufig am Fuß des Mondberges, wo Bär und Sandmann sich von den Kindern und Sumsemann verabschieden. Mit der Mondkanone werden die drei nun auf den Mondberg geschossen. Mit Hilfe der Naturgeister gelingt es, den Mondmann zu besiegen und so lange einzufrieren, bis Peterchen Sumsemanns sechstes Beinchen vom Mondberg heruntergeholt hat. Pünktlich zum Sonnenaufgang kehrt die kleine Reisegesellschaft wohlbehalten nach Hause zurück.