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飞雄回到日本后，天马博士问他，须井柄让他干什么。飞雄什么也没说，只是回答：“没有什么。”
飞雄见了妈妈。她十分想念儿子，说：“你出去一天，我觉得好像过了一年。”爸爸问飞雄：“你同其他孩子一模一样，怎么就老是长不高呢？”飞雄调皮地伸长了弹簧头颈。爸爸因此发怒了：“我不喜欢你这样的妖怪。”妈妈在一旁叹息道：“真可怜……”
晚上，爸爸对妈妈说：“我要毁掉那个妖怪。”妈妈说：“太残忍了，当时你为什么要制造他？”
第二天，飞雄要求爸爸让他上学，爸爸不理他。飞雄因此对爸爸说：“你从前不是说我是个好孩子吗？”爸爸说：“我早就忘了，你不过是我研究的工具。”
不久，天马博士把飞雄卖给了马戏团老板。妈妈知道后，对爸爸说：“你把飞雄让给了别人，我也要离开你。”
飞雄到了马戏团，老板对他说：“以后你的名字就叫阿童木。”飞雄说：“是，叔叔。”
马戏团的节目开始了，老板对观众说：“各位女士，各位先生，铁臂阿童木今天表演十万马力，七大神力……”
阿童木发现，妈妈也来看戏了。
“妈——妈！”
“飞——雄！”
阿童木心里想，用十万马力砸烂机器人，实在于心不忍，于是想用假拳击来应付。马戏团老板看穿后，用电子鞭抽打阿童木。阿童木不得不求饶，他才罢休。事后，阿童木对马戏团老板说：“你这个叔叔最坏！”老板说：“你这小子敢不敢打开胸部？”“开就开。”阿童木答道。于是，老板趁机取走了一块能量。
现在，阿童木的能量不够了。可是，马戏团老板强迫他举起大铁球，想用大铁球压死阿童木。阿童木趁老板不注意，把大铁球压在了老板身上。老板从大铁球下爬出来后，再一次用电子鞭抽打阿童木。正在这个时候，飞雄的妈妈要求见见她的儿子。马戏团老板坚决不同意。
被马戏团老板打得残废的机器人看到阿童木现在的处境，劝他趁早逃跑，同时指了指自己身后的大洞。马戏团老板知道后，马上来追阿童木。这时，阿童木的能量不够，飞不起来，只得跳进下水道，才逃脱了。
有个商人见到阿童木，知道他是个高级机器人，就决定把他卖给茶水博士。茶水博士见了阿童木，第一句话就说：“这里是机器人最安全的地方，今后你完全可以放心。”不料被马戏团老板知道了，他赶来讨回阿童木。茶水博士在这个紧要关头，取下了阿童木的一个零件，这样，阿童木看起来就像死了似的，才得以骗过马戏团老板。
不久，茶水博士接到一个电话，说阿童木的妈妈出车祸了。阿童木听到这个消息，嚷着要去看妈妈。其实，这是马戏团老板和人口贩子设下的骗局，妈妈根本没有出任何毛病。
阿童木回到马戏团后，老板强迫他让大象转三十圈，这得有很大的力气才行。但是，阿童木并没有这样做，他对观众说：“我为了纪念妈妈，为大家表演穿火圈。”为了吸引观众，老板把火圈堆得很高，一直碰到了天幕。这样一来，糟了，表演时发生了火灾，幸亏阿童木急中生智，把老板救了出来。老板表面上感激，实际上却把阿童木吊在柜子里。茶水博士得知后，悄悄将阿童木偷了回来。
正在这个时候，X星发来了一份紧急电报。电报内容说，一艘地球飞船遭到了宇宙菌的侵袭，机器人纷纷死亡。茶水博士决定请阿童木前去抢救，临行前吩咐他加足能量。
阿童木到了X星，只见还有些机器人在抢救。阿童木请他们歇一下，自己马上投入了抢救工作。不久，宇宙菌被消灭了，阿童木和机器人相处得很好。
过了不久，阿童木回到了茶水博士的家里。茶水博士待他很好，对阿童木说：“你今后就是自由人啦！”
特别使阿童木高兴的是，茶水博士专门为他制造了一对新的机器人。他对阿童木说：“这就是你的新爸爸和新妈妈。”新爸爸和新妈妈待阿童木十分好，对他说：“让我们一家人永远团聚在一起吧！”
为了感谢茶水博士，阿童木专门再次向茶水博士道谢，并且说：“今后我一想到您，马上就会前来探望您的。”