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。

向往都市生活的少年龙之峰帝人受好友纪田正臣邀约离开家乡来到东京，随后，帝人进入东京池袋来良学园上学。正臣告诉他，在池袋生活有几个绝对不能招惹的人物，尤其是生性好斗的小混混平和岛静雄和经营着情报屋的折原临也这两个人。正臣还告诉他，池袋有一个奇妙的组织体系，正体不明，仅仅知道这个街头暴力组织名叫“Dollars”。然而，没想到上京的头一天，因为正臣的话而感到不安的帝人就亲眼目睹了骑着黑色摩托在街头穿行的都市传说“无头骑士”！

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。

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！

四月，正是樱花翩翩起舞的时节。当这座城市正为本世纪最大的日全食而狂欢时，月野兔和小小兔遇到了前来求助的天马/艾利欧斯。与此同时，一个自称“死亡月亮马戏团”的神秘马戏团出现在城市中。其真实身份是“死亡月亮”，由妮黑蕾雅女王领导的新月中的噩梦王国。水手战士们被敌人抓住了内心的漏洞从而卷进了恶梦世界，陷入了深深的危机之中。

千年后再度回归的彗星造访地球的一个月前，日本深山的某个乡下小镇。女高中生三叶每天都过着忧郁的生活，而她烦恼的不光有担任镇长的父亲所举行的选举运动，还有家传神社的古老习俗。三叶身居这小镇之中，又处于过多在意周围人目光的年龄，因此对大都市的憧憬日益强烈。然而某一天，自己做了一个变成男孩子的梦。这儿有着陌生的房间、陌生的朋友。而眼前出现的则是东京的街道。三叶虽然感到困惑，但是能够来到朝思暮想的都市生活，让她觉得神清气爽。另一方面在东京生活的男高中生立花泷也做了个奇怪的梦。他在一个从未去过的深山小镇中，变成了女高

因双亲要在海外出差，所以一人留在日本的主人公以一年为期限住在了舅父的家里。之后转校到八十神高中的他得知一个深夜电视的传言在雨夜的十二时，只要看着关闭着的电视屏上自己的脸，就会浮现出另一个人的映像。主人公与同伴为了确认这一传言是否属实，不料被拉进了异空间，在那里被称为暗影的怪物袭击，与怪物接触时主角一行人的Persoa能力觉醒。为了掘开深夜电视与连续杀人事件之间的关系，以及避免其他人被卷入该事件，他们组成了特别搜查队展开了战斗。

30岁的单身男大吉，在祖父的葬礼上遇到了从未谋面的6岁小女孩凛。而这个孩子竟然是祖父的私生子，知道这一事实后的大吉十分震惊。亲戚们表面上在讨论收养凛的事宜，实际上却在互相推卸责任，实在看不下去的大吉毅然做出了收养她的决定。充满正义感却又冒冒失失的大吉，与虽然是个孩子却隐藏着坚强内心的小女孩凛。二个人开始了他们磕磕绊绊、同心协力的同居生活。

在梦之国格兰贝尔与机器一起生活的少年西奇，与100年未有的外来者：B立方主丽贝卡以及蓝猫哈比邂逅。他们立刻志趣相投，成为了朋友。这次小小的邂逅，将大幅度改写他今后的命运。梦想着前所未见的世界，少年、少女与蓝猫开始了一场无止境的冒险！