Двое детей из докторской семьи из Покровска — Лёля и Оська (их прототипами стали соответственно сам Лев Кассиль и его брат Иосиф) — придумывают воображаемую страну Швамбранию. Эта страна находится в Тихом океане и по размерам сравнима с Австралией. Швамбрания — настоящий рай для любителей приключений, отважных мореходов и исследователей, она воплощает все детские фантазии, навеянные книгами Жюля Верна и Фенимора Купера, а также реальностью России начала XX века. Дети дают своим героям имена из названий лекарств и других торговых марок (например, Бренабор, Беф Строганов, Уродонал), что порождает множество смешных ситуаций. К примеру, одну из знаменитых красавиц Швамбрании они назвали «Каскара Саграда» в честь пилюль от запора.
С поступлением Лёли в гимназию «швамбраны» сталкиваются с суровой реальностью. В гимназии строгие нравы, за малейшее нарушение учеников наказывают, а имя провинившегося вписывают в страшную книгу директора — Кондуит. Но и здесь Лёля находит хороших друзей, среди которых — Стёпка по прозвищу Атлантида, такой же мечтатель, как он сам.
Революция переворачивает маленький мирок Покровска. Отныне дети учатся в единой трудовой школе (ЕТШ), куда переходят и девочки, и ученики из Высшего Начального Училища — ВНУ, прозываемые «внучками». Старые гимназисты под предводительством хулигана Биндюга охотятся на внучков и всех, кто им симпатизирует. Новый конфликт вспыхивает, когда учителем истории становится анархист Кириков. Он почти ничему не учит детей, и лодырям это нравится; когда же «доброго» учителя увольняют, на его защиту становится всё тот же Биндюг с шайкой. Стёпка Атлантида становится вожаком более прогрессивных учеников, и Лёля склоняется на его сторону.
В самой Швамбрании зеркально отражаются события реальности: капитан Арделяр Кейс, персонаж Лёли и Оськи, совершает революцию и свергает тиранию царя Бренабора. Швамбрания вслед за Россией становится свободной республикой.
Война, голод и разруха заставляют детей взрослеть быстрее. Лёля помогает комиссару Чубарькову налаживать жизнь в Покровске. Для игр в Швамбранию остаётся все меньше времени и места. Лёля и Оська выбирают для этого развалины старого дома, где ненароком обнаруживают Кирикова, варящего самогон. Подслушав их игры, бывший учитель называет свою бурду «эликсиром Швамбрания», опошлив святое для детей слово. Лёля и Оська решают торжественно похоронить Швамбранию, пока её не испортил внешний мир, и предлагают Чубарькову и товарищам разобрать «Швамбранию» — заброшенный дом — на дрова
