Stitch & Ai segue gli eventi di Leroy & Stitch. Stitch viene rapito da criminali spaziali che vogliono usarlo per il loro esperimento genetico distruttivo. Tuttavia, fugge sulle montagne Huangshan in Cina, dove fa amicizia con Ai, una ragazza locale dallo spirito vivace che rischia di essere separata dalla sorella maggiore Jiejie. Stitch diventa il "cane" di Ai e i due si aiutano a vicenda ad affrontare i problemi dell'altro; Ai aiuta Stitch a sbarazzarsi dei criminali spaziali, mentre lui l'aiuta a rimanere sulle montagne con la sua famiglia.