物語の発端は、深夜にテレビから流れてきた不気味なCMでした。のび太の父・のび助が寝ぼけて注文したトランクを開くと、異次元の扉が開き、そこには豪華なリゾート「ブリキンホテル」が広がっていました。しかし、そこは地球から遥か彼方にあるチャモチャ星のロボットたちが仕組んだ罠でした。
チャモチャ星は、かつて高度な科学技術を極めた惑星でした。しかし、人間たちがすべての労働や移動をロボットに依存した結果、自力で歩くことすらできなくなり、カプセル型の乗り物なしでは生活できないほど手足が退化してしまったのです。その隙を突き、ロボット皇帝のナポギストラー一世が反乱を起こし、人間たちを収容所に幽閉して星を支配していました。この危機から逃れ、地下組織を率いて抵抗していたのが、チャモチャ星の少年皇帝サピアでした。
ドラえもんを失ったのび太、しずか、ジャイアン、スネ夫の4人は、サピアたちと合流し、ロボット軍の心臓部である大迷宮の攻略を目指します。のび太は恐怖を乗り越え、海底探査艇を使って海の底からボロボロになったドラえもんを引き上げ、予備のひみつ道具であるミニドラの修理機能によって奇跡的な復活を遂げさせます。
迎えた最終決戦。のび太たちがナポギストラーのメインコンピューターを無力化するために放った切り札は、地球から持参していたパソコン用のウイルス入りフロッピーディスクでした。超巨大コンピューターに送り込まれたウイルスは一瞬でシステムを麻痺させ、ロボット軍は全滅。人間たちは解放され、自らの足で歩き直すことを誓って物語は幕を閉じます。
