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A Parigi, nel 1910, una gatta di nome Duchessa e i suoi tre cuccioli Minou, Matisse e Bizet, vivono nella magione della cantante lirica in pensione Madame Adelaide Bonfamille, insieme al maggiordomo Edgar. Presto lei fa testamento con il suo avvocato Georges Hautecourt, un suo vecchio ed eccentrico amico, affermando che desidera che la sua fortuna sia lasciata ai suoi gatti, che la terrAnno fino alla loro morte, dopo la quale la sua fortuna andrà a Edgar. Edgar sente questo dalla sua camera e, non disposto ad aspettare che i gatti muoiano naturalmente prima di ereditare la fortuna di Madame Adelaide, complotta per rimuovere i gatti dalla posizione di eredità.

Addormenta quindi i gatti mettendo un sonnifero nel loro cibo, successivamente si dirige in motocarrozzetta verso la campagna con l'intenzione di abbandonarli in natura, ma finisce in un'imboscata di due cani da caccia, di nome Napoleone e Lafayette. Nonostante esca sconfitto dall'imboscata, Edgar riesce a fuggire, lasciando tuttavia dietro di sé il suo ombrello, il suo cappello, il cestino dei gatti e il carrozzino della sua motocarrozzetta, ora passati nelle mani dei due cani. I gatti sono illesi ma bloccati in campagna, mentre Adelaide, il topo Groviera e la cavalla Frou-Frou scoprono la loro assenza.

Al mattino, Duchessa incontra un gatto randagio di nome Romeo che si offre di guidare lei e i gattini fino a Parigi; mentre nella magione Groviera e Frou-Frou scoprono (tramite un giornale che Edgar stesso ha loro mostrato) che i gatti sono stati rapiti da Edgar e quest'ultimo si accorge di aver lasciato in campagna carrozzino, cesta, ombrello e cappello: prove che potrebbero dimostrare che Edgar ha rapito i gatti.

Minou, Matisse, e Bizet lottano per tornare in città, prendendo un breve passaggio sul retro di un camion del latte, prima di essere cacciati fuori dall'autista. Minou cade poi in un fiume e viene salvata da Romeo. Incontrano poi una coppia di oche inglesi, Adelina e Guendalina Bla Bla, che stAnno facendo un giro della Francia. Il gruppo parte, marciando come oche, fino a raggiungere Parigi e imbattersi nell'ubriaco zio delle oche, Reginaldo. Adelina e Guendalina poi se ne vAnno per portare lo zio Reginaldo a casa. Edgar, nel frattempo, torna in campagna e recupera da Napoleone e Lafayette, con qualche difficoltà, gli oggetti che lui stesso aveva dimenticato.

Romeo accompagna dunque Duchessa e i gattini sopra i tetti della città, fino alla casa dove incontrano il gatto jazzista Scat Cat e la sua band, amici intimi di Romeo. Dopo che la band si è allontanata ed i gattini sono a letto, Romeo e Duchessa trascorrono la serata su un tetto vicino e parlano, mentre i gattini ascoltano da un davanzale. Il tema della conversazione è la questione se Duchessa possa restare con Romeo. Alla fine, pur volendo accettarlo, lei lo rifiuta per fedeltà a Madame Adelaide.

I gatti riescono a tornare alla magione, e Romeo si allontana tristemente. Edgar vede arrivare Duchessa e i gattini e li cattura, li mette in un sacco e li nasconde brevemente in un forno. I gatti dicono a Groviera di seguire Romeo e chiedere aiuto. Egli acconsente, e Romeo a sua volta gli ordina di andare a chiedere man forza ai suoi amici gatti mentre lui intanto ritorna alla magione per un primo aiuto. Groviera, pur con qualche difficoltà dovuta alla sua natura di topo, riesce ad ottenere l'aiuto degli amici di Romeo, dirigendosi alla magione con loro. Edgar mette i gatti in un baule, che ha intenzione di inviare a Timbuctù, in Africa. Romeo, Scat Cat e la sua banda e Frou-Frou combattono tutti contro Edgar, mentre Groviera libera Duchessa ed i gattini. Alla fine, è Edgar stesso a finire chiuso dentro nel baule e inviato a Timbuctù.

Il testamento di Madame Adelaide viene riscritto per escludere Edgar e includere Romeo (dopo aver ironicamente sostenuto che il testamento avrebbe incluso Edgar, dopo tutto). Lei apre una fondazione di beneficenza che fornisce una casa a tutti i gatti randagi di Parigi. La grande apertura della stessa, a cui vAnno la maggior parte dei personaggi principali, è caratterizzata dall'esibizione band di Scat Cat.