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Heidi ha cinque anni e vive con sua zia Dete a Bad Ragaz, da quando i genitori sono deceduti: il papà Tobias, carpentiere, morto sotto una trave, la mamma Adelheid, sorella di Dete, morta di crepacuore. Ora è trapassata anche la nonna materna di Heidi, e Dete, che ha trovato lavoro presso una famiglia ricca di Francoforte, non sentendosela di portarsi dietro anche la bambina, decide di portarla dal nonno, il padre di Tobias, un uomo solitario che ha deciso, nel corso della sua vita, di isolarsi in una baita sul costone di un monte, spazzata quindi ad ogni ora e in ogni stagione dal forte vento alpino. La baita è dipendenza del paese di Dörfli, dove tutti sparlano di tutto e, naturalmente, del vecchio, che nel libro è conosciuto solo come “vecchio dell’alpe”.

Tutte le persone che Dete incontra, durante la sua salita da Maienfeld a Dörfli e da qui all’alpe, si preoccupano di cosa possa capitare alla bambina, così piccola, sola con quel vecchio scorbutico, nessuno volendo sapere davvero cosa nasconda tale scontrosità. Heidi è una bambina del tutto aperta alla novità, senza alcun motivo di pregiudizio, candida e innocente, ma dall’altro canto il vecchio si dimostra per quello che è, un nonno premuroso, accogliente, capace di educare, di farsi ubbidire, coscienzioso e sicuro di sé. Sicché, a dispetto di quello che tutti pensano, Heidi fin da subito si trova bene da sola col nonno sull’alpe, molto meglio di come avesse vissuto i suoi primi anni di vita a Bad Ragaz.

Oltre al nonno, le sole altre persone con le quali fa conoscenza sono Peter, il pastore che guida le capre di tutto il villaggio al pascolo, sua madre Brigitte e la nonna cieca di Peter. I tre vivono in una casupola diroccata fuori dal paese, a metà strada tra Dörfli e l’alpe, non sulla costa, ma in una zona abbastanza riparata, cosa che permette al rudere di stare in piedi.

Passano almeno due anni nei quali Heidi scopre e impara tutto quello che un buon pastore di montagna deve sapere: sa guidare le capre, sa mungere, preparare il formaggio, conosce il nome di tutti i fiori, delle erbe e degli animali, ma non sa né leggere né scrivere. Più volte il maestro e il parroco del paese tentano di comunicare al vecchio la necessità per la bambina di seguire l’iter educativo dei suoi coetanei, ma il nonno non sente ragioni, avendo paura che Heidi in qualche modo “corrompa” la naturalezza della sua innocenza. Ma Dete, che ha già avuto ruolo fondamentale nel cambiare drasticamente la vita di questa microcomunità montana, torna sulla scena per prendersi con la forza e l’inganno la bambina e portarsela a Francoforte, dove la famiglia Seseman, amici dei signori per i quali Dete lavora, sono lieti di accogliere la piccola.

Casa Seseman è una fredda dimora di benestanti signorotti locali, gestita dalla signorina Rottenmeier, la governante che si trova a capo della servitù (tre persone) e sovraintende all’educazione di Klara, la rampolla dodicenne, costretta da una malattia (poliomielite?) sulla sedia a rotelle. La madre di Klara è morta da tempo e il padre è un affarista, sempre in giro, lontano da casa (spesso a Parigi). Qualche volta viene a trovare la nipote l’arzilla nonna paterna, che però anche lei abita lontano, nell’Holstein. Sicché, papà Seseman decide di trovare una compagna di studi per Klara e, avendo conosciuto, attraverso amici, la cameriera svizzera Dete, la scelta cade su Heidi.

La bambina si sente però come un pesce fuor dall’acqua, non conoscendo alcun aspetto della vita cittadina, in particolare in una casa alto-borghese. Ma, soprattutto, non trova per niente accomodante lo stile pedagogico della signorina Rottenmeier, per la quale ogni minima azione di Heidi è motivo di scandalo e improperi.

Pur trovandosi molto bene con la sua nuova amica Klara, Heidi non può fare a meno di essere malinconica, desiderando con tutte le sue forze di tornare alle sue montagne. Tenta anche di scappare, inutilmente. Non mangia e inizia pian piano a deperire, fino a quando il medico amico dei Seseman, il dottor Classen, non si accorge di quanto sia oggettivamente peggiorata la salute della piccola e decide, di comune accordo col padre di Klara, di rimandarla, per il bene suo, alla casa di montagna, dal nonno. Klara ci rimane molto male, ma le viene promesso che un domani sarebbe potuta andare a trovarla.

La vita all’alpe ritorna a colorarsi grazie alla presenza di Heidi e il nonno, addirittura, inizia a parlare coi familiari di Peter, col parroco e persino con le persone del paese. È ormai autunno, e a Klara non viene permesso di raggiungere l’amica, poiché le giornate iniziano a farsi corte e fredde, ma Seseman propone all’amico dottore di farsi una vacanza a Dörfli per valutare bene la situazione logistica, così da decidere se la prossima estate Klara possa lì trasferirsi. Il dottore accetta anche per cercare un momento di distrazione, per allontanarsi qualche giorno da quella città che qualche settimana prima gli aveva sottratto moglie e figlia.

Poiché il giudizio del dottore, al fine, è positivo, Klara il giugno seguente può salire sull’alpe con la nonna, mentre la signorina Rottenmeier rimane a Francoforte. Le due amiche, col nonno e le caprette, si divertono molto, mentre Peter, sentendosi per la seconda volta derubato della sua unica amica, non riesce a reprimere il suo rancore e, in un momento in cui sa di non esser visto da nessuno, fa precipitare la carrozzella di Klara dai pendii del monte, così da romperla, dando poi la colpa al vento. L’avvenimento è in realtà lo stimolo per tutti a spingere Klara a camminare da sola, cosa che non si fa attendere: la ragazza, avendo vissuto gran parte della sua vita in città, e soprattutto chiusa in casa, è persistentemente sopraffatta dalla bellezza delle montagne e del vivere all’aria aperta, trovando in ciò il bisogno naturale di muoversi da sola.