Buku ini menceritakan kisah nyata gadis kecil bernama Tetsuko (orang lain memanggilnya Tetsuko-chan, namun baginya terdengar seperti Toto-chan. Sehingga ia menganggap namanya adalah Toto-chan), saat menjadi murid sebuah sekolah dasar di Jepang pada masa Perang Dunia II.
Kisah Toto Chan dalam buku ini dimulai saat Totto-chan dikeluarkan dari sekolahnya karena dianggap nakal dan tidak bisa diatur. Guru Totto-chan mengeluhkan serangkaian kebiasaan aneh Toto-chan yang sering mengacaukan kelas dan membuatnya tidak tahan lagi.
Ibu Toto-chan menyadari bahwa putrinya membutuhkan sekolah khusus yang bisa menerima dan memahami Toto-chan. Selanjutnya Toto-chan diajak melihat sekolah Tomoe Gakuen yang membuatnya terkesan pada pandangan pertama karena ruang kelasnya terbuat dari gerbong kereta bekas. Setelah mengobrol berdua dengan kepala sekolah selama berjam-jam. Toto-chan akhirnya resmi diterima di Tomoe Gakuen.
Buku ini berlanjut menceritakan peristiwa-peristiwa yang dialami Totto-chan, teman-temannya, keunikan sistem belajar Tomoe Gakuen, dan kepala sekolah Mr. Kobayashi sebagai pendiri dan pengelola Tomoe Gakuen.
Awalnya, bersekolah di gerbong kereta sudah cukup aneh bagi Toto-chan. Tapi ternyata sistem belajarnya jauh lebih aneh. Seperti murid boleh duduk dimana saja sesuka hati, hingga jadwal pelajaran yang membolehkan murid memilih memulai dari materi yang mereka sukai. Belajar di Tomoe Gakuen umumnya bebas dan mandiri.
Tomoe Gakuen juga memiliki peraturan makan siang yang unik. Setiap hari, murid-murid membawa bekal makan siang yang harus memenuhi aturan ” sesuatu dari gunung dan sesuatu dari laut”. Aturan ini sangat sederhana namun penting, karena mendidik murid-murid untuk makan dengan gizi seimbang.
Dalam satu cerita dikisahkan, di Tomoe Gakuen, Toto-chan pernah membongkar sepiteng sekolah hanya untuk mencari dompetnya yang terjatuh saat buang air. Dengan susah payah Toto-chan mengaduk-ngaduk bak penampung, mencedok kotoran lalu menuangkan ke tanah di sekitar lubang. Ia terus mencedoki kotoran berharap dompetnya akan ditemukan.
Saat Kepala sekolah secara kebetulan lewat, tumpukan kotoran sudah cukup tinggi. Lalu tanpa memarahi Toto-chan, dengan santai kepala sekolah berkata, "Kau akan mengembalikan semuanya kalau sudah selesai, kan?" dan membiarkan Toto-chan menyelesaikan urusannya. Hal ini menunjukan bahwa kepala sekolah berusaha memberikan kepercayaan juga kesempatan agar murid bisa mandiri.
Di lain cerita, Toto-chan juga pernah menemukan uang lima sen di kereta dalam perjalanan dari sekolah ke rumah. Ia mengambil uang itu secara diam-diam karena takut dicurigai oleh penumpang lain.
Lalu, setelah turun dari kereta ia menggali sebuah lubang di balik semak-semak untuk menyembunyikannya. Alasan Toto-chan melakukan hal tersebut adalah karena ia pernah mendengar perkataan seseorang bahwa jika kita menemukan uang kita harus menyerahkannya ke kantor polisi. Ia ingin menyerahkan uang itu kepada kantor polisi keesokan hari, dan ia tidak bisa membawa uang lima sen itu pulang ke rumah karena mama pasti akan menanyainya.
Kisah-kisah lainnya dalam buku ini juga tidak kalah mengagumkan. Dan akhir buku ini menceritakan dimulainya peperangan antara Jepang melawan Amerika tahun 1945, yang membuat Tomoe Gakuen hancur terkena bom dari pesawat pembom dan sekolah ini tidak pernah dibangun kembali. Peristiwa ini mengakhiri tahun-tahun Totto-chan sebagai murid di Tomoe Gakuen.
