和往常一样，还是索尼克去营救伙伴和打败艾格曼博士，并拯救世界。但是和前作《索尼克进化2》不同，塔尔斯没有被绑架，因而在游戏开始时塔尔斯可以作为索尼克的伙伴，并一同冒险。
本作对于前两作而言的特色很明显：
伙伴模式：玩家可以选择一个伙伴和你操控的人物一同冒险，当然那个伙伴是电脑控制的，而且为无敌状态。
“R”技能：其实早就有了单人的R技，本作也继承了下来。但是因为伙伴的出现，本作可以发动利用伙伴的R技，并可以凭借此到达一些有时难到达的地方。
普通结局
（获得/尚未获得全部混沌翡翠，索尼克为主控首次通关以及其他角色为主通关）在战胜最终头目后，艾格曼和Gemerl被打败了，并试图逃跑，但是却被重重地攻击了一下，于是艾格曼就掉下去了，Gemerl看了一看摇摇头之后也跟着艾格曼跳了下去。于是，世界恢复了往日的和平。
真实结局
（获得全部混沌翡翠并以索尼克为主控）在战胜最终头目后，Gemerl突然撞了一下索尼克，把全部7颗混沌翡翠撞了下来。于是Gemerl利用混沌翡翠的力量变成了一个大球体状的机器人（成为了Extra Boss），然后抓住艾格曼砸向索尼克之后跑走。随后索尼克利用混队翡翠变身成为了超级索尼克，去追变身了的Gemerl。令人匪夷所思的是，艾格曼博士竟然加入了我方，成为了索尼克的战斗“伙伴”。打败了Gemerl后，世界恢复了和平。塔尔斯找到了损坏的Gemerl，并把它修好，成为了心地善良的机器人。
