Bandenchef Egon kehrt, nachdem er am Anfang des Films bei einem fehlgeschlagenen Einbruch in einem Tabakladen verhaftet wurde, von einem seiner zahlreichen Gefängnisaufenthalte zurück. Im üblichen Treffpunkt der Bande, der Kneipe des Wirtes Hansen sowie dem daran angeschlossenen Bordell der Prostituierten Conny, besprechen Egon, Benny und Kjeld ihren neuen Plan: Anlässlich einer deutschen Kulturwoche wird in einem Kopenhagener Museum ein kostbares Exponat, der so genannte Kaiseraufsatz, aus dem Besitz der Hohenzollern gezeigt; dieses will die Bande stehlen. Der erwartete Geldsegen kommt der Bande sehr gelegen, da Kjeld seine fünfköpfige Familie versorgen muss, während Benny sich mit dem Nacktmodell Ulla verlobt hat.
Die Bande macht sich an die Vorbereitungen des Raubes. Obwohl Mortensen den Kaiseraufsatz sehr diensteifrig bewacht (wobei er sich allerdings öfter selbst im Weg steht) und das Museum mit modernsten Sicherheitseinrichtungen ausgestattet ist, glückt der Raub.
Nach dem Raub macht sich die Bande in Bennys Wagen auf zum Flughafen, wo Yvonne mit den Kindern sowie Ulla warten. Alle wollen zusammen nach Mallorca reisen, um die Flucht der Bande als Ferienreise zu tarnen. Unterwegs bleibt der Wagen jedoch aus Benzinmangen plötzlich liegen und wird wenig später von der Polizei abgeschleppt − mitsamt des darin versteckten Kaiseraufsatzes
Bei Nacht gelingt es Egon, Benny und Kjeld jedoch den Kaiseraufsatz vom Polizeiparkplatz zu holen. Sie verstecken ihn im Kinderwagen von Kjelds jüngstem Kind – was sich als problematisch erweist, da Yvonne nach einem Streit mit ihrem Mann zu ihrer Mutter aufbricht und dabei die Kinder samt Wagen mitnimmt. Die Olsenbande macht sich auf den Weg, um sie aufzuhalten. Mortensen folgt ihr, da er ein Foto von Benny und Ulla gefunden hat, das die Olsenbande während des Raubes im Museum verloren hatte. Nach einer chaotischen Verfolgungsjagd, bei der die Bande mehrmals das Verkehrsmittel wechseln muss (darunter zweimal wegen Benzinmangels), gelingt es ihr den Kinderwagen wiederfinden – jedoch ist er leer. Kjelds ältester Sohn Birger, der von Verbrechen nichts hält, hat den Kaiseraufsatz an sich genommen und gibt ihn bei der Polizei ab. Egon wird erneut verhaftet, Mortensen zum Streifendienst degradiert.