为了在新生欢迎会上表演话剧“西游记”，大雄班级举行的话剧的排练。大雄想当孙悟空，可是却只是村人甲。为了证明自己最像孙悟空，大雄用航时机来到中国唐朝，想见孙悟空，而且真的见到了（实际为大雄假扮）。后来大雄以哆啦A梦的道具为赌注，证明孙悟空很像大雄。大雄与他的朋友来到唐朝，却没有见到孙悟空。因此大雄用哆啦A梦的模拟游戏机假扮孙悟空，最后被识破。由于没有关好机器，游戏里的妖怪从游戏机里跑了出来。妖怪最后统治了世界，大雄他们也面临危险。为了恢复历史，拯救玄奘法师，大雄与他的朋友假扮孙悟空等角色来保护玄奘法师。在穿

为了准备学校音乐会的演出，大雄埋头苦练他并不擅长的竖笛。这时，他的面前出现了一位神秘的外星少女米佳，她格外中意大雄吹出来的跑调的笛声，于是米佳引领哆啦A梦和伙伴们来到了以音乐为能量的外星球上的一座音乐

大雄把恐龙展发现的化石带回家，借助哆啦A梦的时光包袱竟然成功孵化出两只从未被发现过的长着翅膀的新恐龙。大雄和小伙伴们决定将小恐龙们带回到属于它们的时代，一场惊心动魄的白垩纪大冒险即将上演。本片是《哆啦A梦》漫画连载50周年纪念作品，同时也是《哆啦A梦》系列电影的第40部作品。全新的故事，全新的大雄，全新的冒险，全新出发！

农林部女干部黎珍到东方红农场了解情况，来接站的是老同学魏大雄。路上，儿子刘军动手打了人，黎珍进去一看，被打的人正是自己当以前的情侣辛启明。农场售货员玉玲爱着启明，对黎珍说启明是有爱人的，黎珍心里一阵失落。魏大雄在粮食产量上大做文章，为了不让辛启明讲真话，设计许多小事端害辛启明。但启明还是当着大家的面说出了农场存在的种种问题。领导吴根荣紧握着启明的手，支持这位拓荒者的改革行动。大家在人生的道路上开始了新的征程。

哆啦A梦与大雄驾驶具有时光跳跃机能的“时光齐柏林飞船”，为了寻找自古以来许多冒险家梦寐以求的亚特兰提斯和龙宫城等每个人都曾想像过的梦幻乌托邦，在空中展开了一场大冒险。

电影改编自1985年剧场版《哆啦A梦：大雄的宇宙小战争》，讲述大雄意外结识来自匹里卡星、体形小巧的外星人帕比，并在哆啦A梦的帮助下，与大家一起穿越星际，共同守护友情和星球的宇宙冒险故事。