Хьюго не теряет надежды и снова навещает Мельеса, который сдаётся и отдаёт ему платок, в который был завёрнут пепел, оставшийся от блокнота. Подавленный Хьюго бросается бежать и встречает Изабель, которая вытирает его слёзы и берёт мальчика с собой в библиотеку, где всем заправляет месье Лабисс (Кристофер Ли). Там Изабель признаётся, что Мельес не сжигал блокнот, а притворился, чтобы оставить его себе. Хьюго возвращается к старику, но тот стоит на своём и предлагает ему починить механическую мышь, которую тот сломал незадолго до этого. Хьюго успешно восстанавливает раздробленную игрушку и старик говорит ему, что юноша должен будет каждый день приходить к нему в магазин и выполнять любую работу, которую Мельес ему даст.

Во время общения с Изабель, Хьюго внезапно узнаёт, что девочка ни разу в своей жизни не смотрела художественный фильм. Они пробираются в кинотеатр и смотрят немую ленту Фреда Ньюмейера и Сэма Тейлора «Наконец в безопасности!». Во время кульминационного момента картины их обнаруживает работник кинотеатра и выкидывает детей на улицу. По дороге на вокзал Изабель признаётся Хьюго, что её родителей также нет в живых. На вокзале их замечает станционный смотритель, но Изабель, притворившись кузиной Хьюго, выручает его из беды. Мальчик замечает ключ в форме сердца, выпавший у Изабель, который нужен ему для ремонта автоматона. Он просит его у неё, но она отказывается, требуя узнать, зачем ему ключ. Хьюго ведёт девочку в свой тайник, где спрятан автоматон, и объясняет, что ключ нужен ему для полного функционирования робота. Изабель отдаёт ему ключ, Хьюго вставляет его в отверстие и автоматон оживает, начав писать на листе бумаги непонятные линии и случайные буквы. Через несколько минут робот заканчивает свою работу и дети видят, что он нарисовал Луну, в которую попал полый снаряд. Хьюго понимает, что автоматон изобразил кадр из фильма «Путешествие на Луну» — кинокартины, которую отец Хьюго посмотрел, ранее не видев ни одной художественной ленты. Последним штрихом робота стала подпись Жоржа Мельеса, выведенная прямо под рисунком.

Недоумевая, в чём дело, дети направились к жене Мельеса, Жанне (Хелен Маккрори), которая, едва увидев рисунок, сказала Хьюго, чтобы тот ни при каких обстоятельствах не показывал его Мельесу. Жанна уводит детей в другую комнату, после чего Мельес приходит домой. Хьюго и Изабель находят тайник старика в шкафу, но под Изабель ломается стул и на шум прибегает Мельес, который в гневе рвёт часть своих эскизов, выпавших из найденной коробки. Он плачет, и Хьюго, воспользовавшись замешательством, покидает дом. На входе в вокзал мальчик сталкивается с месье Лабиссом, который дарит ему книгу Александра Дюма «Робин Гуд в изгнании».

Желая больше узнать о возникновении кинематографа, на следующий день Хьюго и Изабель отправляются в библиотеку киноакадемии, где изучают книгу Рене Табарда (Майкл Сталберг) «Изобретение мечты: История первых фильмов». Из книги дети узнают, что Жорж Мельес когда-то был кинорежиссёром, скончавшимся ещё во время Первой мировой войны. Автор книги не верит детям, когда они утверждают, что Мельес жив, и ведёт их в специальную комнату, где собраны различные предметы из жизни режиссёра. Там Табард показывает им единственную уцелевшую плёнку с одним из фильмов Мельеса.