Après avoir aperçu Tails atterrir difficilement avec l'un de ses tout derniers engins volants, Sonic lui vient en aide à Emerald Coast, première étape d'action (Action stage) du jeu. En revenant à la ville Station Square, Tails lui explique qu'il se servait d'une des 7 émeraudes Chaos comme carburant, car leur force est inépuisable.
Devant l'atelier de Tails, le Dr Robotnik vole leur Chaos Emerald et l'utilise sur une créature constituée principalement d'eau nommée « Chaos ». Robotnik voudrait s'en servir afin de rayer Station Square de la carte et y construire à la place sa propre ville « Robotnikland ». À chaque Chaos Emerald absorbée, il devient plus puissant et peut devenir invincible s'il obtient les 7 Chaos Emerald.
Les deux compères, Tails et Sonic, partent alors à la recherche d'autres Chaos Emerald afin d'empêcher ce désastre d'arriver.