В одному місті колись жив лікар. Він був учений, і не було в країні нікого мудріше його. Країною же, де жив Гаспар Арнери, правили Три Товстуни, ненажерливі і жорстокі.
Одного разу влітку, в червні, ясним погожим днем доктор відправляється на прогулянку. На площі він несподівано застає стовпотворіння, чує постріли і, забравшись на вежу, бачить, як від Палацу Трьох Товстунів біжать ремісники, переслідувані гвардійцями. Виявляється, народ під проводом зброяра Просперо і гімнаста Тибула повстав проти влади Трьох Товстунів, але повстання зазнало поразки, а зброяр Просперо схоплений. Бомба потрапляє в башту, з якої Гаспар Арнери спостерігає за тим, що відбувається, вона руйнується, і доктор втрачає свідомість. Отямився він, коли настав вечір. Навколо валяються трупи вбитих. Повертаючись додому через площу Зірки, доктор бачить, як залишився на волі інший ватажок повстання гімнаст Тибул, рятуючись від переслідують його гвардійців, спритно йде по вузькій дроті прямо над площею, а потім тікає через люк в куполі. Будинки втомлений доктор збирається лягти спати, як зненацька з каміна вилазить людина в зеленому плащі. Це гімнаст Тибул. На другий день на площі Суду готують десять плах для схоплених заколотників. Тоді ж трапляється надзвичайне подія: вітер відносить продавця повітряних куль разом з кулями і той падає прямо у відкрите вікно палацової кондитерської і потрапляє прямо в величезний торт. Щоб уникнути покарання, кондитери вирішують залишити продавця в торті, вимазати його кремом і обліпивши цукатами, і подати в зал, де проходить парадний сніданок. Таким чином продавець куль, тремтячий від страху, що його з'їдять, стає свідком того, що відбувається в залі. Дегустація торта тимчасово відкладається. Три Товстуни хочуть бачити полоненого зброяра Просперо, а потім, коли, насолодившись цим видовищем, вони збираються продовжити бенкет, в залу з криком і плачем вривається дванадцятирічний хлопчик - спадкоємець Тутті.
У Товстунів немає дітей, і вони збираються передати все своє багатство і управління країною Тутті, яка виховується в Палаці, як маленький принц. Товстуни всіляко балують його і потурають його капризам. Крім того, вони хочуть, щоб у хлопчика було залізне серце, вони не дозволяють йому грати з іншими дітьми, а його заняття проходять в звіринці. Замість одного для нього створена дивовижна лялька, яка наділена здатністю рости і розвиватися разом з Тутті. Спадкоємець надзвичайно прив'язаний до неї. І ось улюблена лялька зламана: бунтівні гвардійці, що перейшли на сторону Просперо і повсталого народу, искололи її багнетами.
Товстуни не хочуть, щоб спадкоємець Тутті засмучувався. Ляльку необхідно терміново полагодити, але ніхто не здатний цього зробити, крім ученейшего доктора Гаспара Арнери. Тому вирішено відправити йому ляльку, щоб до наступного ранку вона, полагоджена, знову була у Тутті. В іншому випадку доктора чекають серйозні неприємності. Оскільки настрій Товстунів зіпсовано, торт з продавцем повітряних куль забирають назад на кухню. Кухарчуки в обмін на повітряні кулі допомагають продавцеві вибратися з Палацу, показують йому таємний хід, який починається з гігантської каструлі.
Тим часом на чотирнадцятому ринку Три Товстуни влаштовують свята для народу: спектаклі, розваги, уявлення, під час яких артисти повинні агітувати за Трьох Товстунів і відволікати увагу народу від плах, які зводяться для страти. На одному такому поданні присутні доктор Арнери і гімнаст Тібул, перетворений доктором для конспірації в негра. Під час виступу силача Лапітупа Тибул не витримує і проганяє його зі сцени, відкривши народу, що він зовсім не негр, а справжнісінький Тибул. Між ним і підкуповують циркачами зав'язується бійка. Тибул обороняється капустяними качанами, зриваючи їх прямо з грядки і кидаючи в супротивника. Схопивши черговий качан, він несподівано виявляє, що це людська голова, і не кого іншого, як продавця повітряних куль. Так Тибул дізнається про існування таємного підземного ходу в Палац Товстунів.
Поки Тибул бореться, доктора Гаспара Арнери знаходять посланці Товстунів і вручають йому наказ і зламану ляльку. Доктор Гаспар Арнери намагається полагодити ляльку, але до ранку він явно не встигає. Потрібно ще щонайменше дня два, і доктор разом з лялькою відправляється до Товстунів. По дорозі його зупиняють охороняють Палац гвардійці і не пускають далі. Вони не вірять, що він дійсно Гаспар Арнери, а коли доктор хоче показати їм ляльку, то виявляє, що її немає: дрімаючи, він кинув її по дорозі. Засмучений доктор змушений повернути назад. Зголоднілі, він заїжджає в балаганчик дядечка Брізака. Яке ж його здивування, коли він виявляє тут ляльку спадкоємця Тутті, яка виявляється зовсім не лялькою, а живий дівчинкою на ім'я Суок, схожою як дві краплі води на ляльку. І тоді у з'явився тут незабаром Тибула виникає план звільнення Просперо.
Вранці доктор Арнери є в Палац. Лялька не тільки виправлена їм, але ще більше схожий на живу дівчинку, ніж раніше. Суок хороша артистка і прекрасно представляється лялькою. Спадкоємець в захваті. І тоді доктор просить в нагороду скасування страти десятьох заколотників. Обуреним Товстунам нічого не залишається, як погодитися, інакше лялька може знову зіпсуватися.
Вночі, коли всі сплять, Суок проникає в звіринець. Вона шукає Просперо, але в одній з клітин виявляє чудовисько, заросле шерстю, з довгими жовтими кігтями, яке вручає їй якусь дощечку і вмирає. Це великий вчений туб, творець ляльки для Тутті: він був укладений в звіринець за те, що не погодився зробити спадкоємцю залізне серце. Тут він провів вісім років і майже втратив людську подобу. Потім Суок знаходить клітку з Просперо і звільняє його. За допомогою випущеної з клітки страшної пантери Просперо і Суок прориваються до тієї самої каструлі, звідки починається підземний хід, але Суок не встигає услід за Просперо і схоплена гвардійцями.
На наступний день відбудеться суд над Суок. Щоб спадкоємець Тутті випадково не втрутився і не засмутив їх плани, за наказом Товстунів його тимчасово присипляють. Суок не відповідає на питання і взагалі ніяк не реагує на те, що відбувається. Розгнівані Товстуни вирішують віддати її на поталу тиграм. Випущені з клітки тигри, побачивши жертву, спочатку кидаються до неї, але потім несподівано байдуже відвертаються. Виявляється, це зовсім не Суок, а та сама зіпсована лялька, яку бунтівні гвардійці відібрали у який знайшов її вчителя танців Раздватріса. Справжню Суок сховали в шафу, підмінивши лялькою.
Тим часом уже звучать постріли і рвуться снаряди, повсталий народ під проводом зброяра Просперо і гімнаста Тибула штурмує Палац.
Влада Товстунів приходить кінець. А на тій дощечці, яку вручив відважної Суок вмираючий творець ляльки, він розкрив їй важливу таємницю: вона сестра Тутті, в чотири роки викрадена разом з ним за наказом Товстунів і потім розлучені з братом. Тутті залишили в Палаці, а дівчинку віддали бродячому цирку в обмін на папугу рідкісної породи з довгою червоною бородою.