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。

大雄因为搞砸了科幻片的拍摄被小夫与胖虎责骂，于是哆啦A梦拿出道具让大雄自己拍电影，在拍摄过程中静香的兔子玩偶失踪了，后来在大雄家被发现，晚上哆啦A梦以为有老鼠而大吵大闹，结果意外发现巴比逃到大雄家来。听过巴比的讲述后，大雄与哆啦A梦决定帮助巴比，也找来小夫、胖虎与静香协助，然而PCIA得知了情报趁著大雄他们外出的空档抓走静香做为人质，要巴比自身来交换，并且带走缩小灯让大雄等人无法恢复原状，不顾大家的反对巴比秘密离开让自己被抓走换回静香。当大家知道巴比将会被送回星球审判然后处死时，便搭上巴比的太空船前往匹里卡星，途中遭遇PCIA的攻击而找到位在行星环上的自由同盟基地，大雄跟哆啦A梦与胖虎为了联络星球上的反抗组织搭乘遥控战车潜入匹里卡星。不幸地一切行动都被PCIA得知，大雄三人与反抗组织被抓住，自由同盟基地也遭到攻击。在一切混乱的当下小夫感到非常害怕而躲了起来，但是静香决定前去救援大雄等人，小夫被静香的勇气感动也驾驶战车跟随，当两人到达星球时巴比、大雄等人正要被枪决，这个时候静香两人的战车被PCIA击中落海，正当一切危急时缩小灯的效用失去，让大雄等人恢复原状得以救走巴比，静香小夫也顺利..

由“拉格那母星”生存下来的人与其他漂流在宇宙中的人组成“银河漂流舰队”，为了找寻适合生存的星球，派遣出“宇宙少年骑士团”四处寻找。李昂等四人被派到太阳系而发现了地球，无意间将正在“星际大奇航”游戏中的胖虎与小夫带进所搭乘的太空船中离开了地球。哆啦A梦与大雄、静香为了救出他们，乘坐“宇宙救护船”追了下去。但是在途中因为空间跳跃时遭到强力电磁波击中，导致太空船损毁。幸而李昂的太空船亦在相同地方也是因为跳跃装置故障而停滞，哆啦A梦等人因此而进入了李昂的太空船，恰巧与胖虎和小夫相遇。当李昂一行人回到了“银河漂流舰队”前，发现与原先舰队中多出了以李昂的父亲李贝尔特为首的“独立军”，这个独立军的目的就是要以武力侵略适合生存的星球，他们经由派出去的间谍佛蕾亚得知了地球的情报，并且计划要进攻地球。李昂在舰队之神“优格特树”的指引下，见到了自己的母亲，并且经由其指示，要瓦解“独立军”必须先击倒控制着他父亲李贝尔特司令官的安葛尔摩亚。在哆啦A梦以及大雄等人的协助下，成功解救了危机。