唐僧師徒四人趕奔西天，漸覺熱氣蒸人。問及鄉里，才知此地喚做火焰山，無春無秋，四季皆熱，山周圍八百里火焰。受阻于火焰山，孫悟空、豬八戒到翠屏山芭蕉洞找鐵扇公主公主借滅火的芭蕉扇，鐵扇公主不愿借予。孫悟空變只小蟲鉆進鐵扇公主腹內大鬧，結果拿到手的是一把假扇子。豬八戒又化作牛魔王的模樣從鐵扇公主手中騙到真扇。牛魔王這時正在跟狐貍精尋歡作樂，聽到扇子被搶走了，趕緊回到家中，接著又化作孫悟空的模樣從豬八戒手中騙回扇子。影片結尾，悟空和八戒，以及鄉親們聯手打敗了牛魔王，終得寶扇，扇滅火焰山的烈火，登上取經的路程。影片中的牛魔王實在“日本鬼子”的影射，正值抗戰時期，萬氏兄弟想借此片鼓舞天下群眾的抗戰熱情。本片是中國第一部長篇有聲立體卡通（動畫電影），手冢治蟲也受《鐵扇公主》影響，決定從事動畫行業。