Грю крадёт уменьшитель с секретной военной базы в Азии, однако на обратном пути Вектор перехватывает прибор. Проникнув в логово Вектора с помощью девочек-скаутов, продающих печенье-роботов, Грю успешно возвращает уменьшитель. Однако директор Банка Зла мистер Перкинс отказывает Грю в кредите на ракету, раскрывая сюжетный твист: Вектор — это его родной сын Виктор, и банк делает ставку на молодого преемника.
Узнав об этом, преданные миньоны и девочки собирают личные сбережения, вдохновляя Грю построить ракету собственными силами. Но возникает конфликт интересов: день запуска на Луну совпадает со школьным балетным выступлением девочек. Доктор Нефарио, видя, что Грю теряет злодейскую хватку, втайне звонит в приют и возвращает сирот мисс Хэтти.
Грю летит в космос, успешно уменьшает Луну и спешит обратно на Землю, чтобы успеть на балет, но опаздывает. На пустом месте лежит записка от Вектора, похитившего детей в обмен на Луну. В кульминации Грю отдаёт Луну, но Вектор нарушает слово. В этот момент выясняется физический закон действия уменьшающего луча: чем крупнее объект, тем быстрее спадает эффект уменьшения. Луна начинает стремительно расширяться прямо внутри спасательной капсулы Вектора. Грю совершает прыжок веры в воздухе, спасая Марго, Эдит и Агнес при поддержке миньонов. Луна вылетает на земную орбиту, унося Вектора на своей поверхности.
Грю официально оформляет удочерение. В финале мать Грю впервые в жизни признает его выдающимся отцом, а вся семья вместе с сотнями миньонов устраивает праздничный танцевальный вечер под композицию «You Should Be Dancing».