"Dolphin Tale 2" akan mengisahkan pada beberapa tahun setelah Sawyer Nelson (Nathan Gamble) dan tim dari Rumah Sakit Kelautan Clearwater, yang dipimpin oleh Dr. Clay Haskett (Harry Connick Jr.) menyelamatkan seekor lumba-lumba bernama Winter. Dr. Cameron McCarthy (Morgan Freeman), yang telah memberi bantuan untuk mengembangkan ekor palsu demi menyelamatkan nyawa lumba-lumba yang terluka.
Perjuangan mereka untuk menyelamatkan hewan belum berakhir. Seekor lumba-lumba tua bernama Panama yang merupakan ibu pengganti dari Winter telah meninggal dunia. Winter hanya memiliki Panama sebagai ibu dan satu-satunya teman dalam kolamnya. Masalah semakin sulit karena peraturan dari USDA menyatakan bahwa lumba-lumba tidak dapat ditempatkan sendirian, hal ini dikarenakan dari perilaku sosial dari lumba-lumba yang mengharuskan mereka berpasangan. Waktu yang ditentukan oleh USDA hampir habis untuk mencari pendamping Winter dan mereka terancam kehilangan Winter.
Suatu ketika tim Clearwater menyelamatkan seekor lumba-lumba kecil yang mereka sebut Hope. Mereka merawat Hope di kolam berbeda dengan Winter dan mencoba berbagai cara agar dua lumba-lumba ini saling mengenal. Pemikiran untuk menggabungkan Hope dan Winter awalnya mendapatkan tentangan dari Dr. Clay, tapi lambat laun usaha mereka tidak sia-sia.