เรื่องราวเริ่มต้นเมื่อ “โนบิตะ” บังเอิญพบชิ้นส่วนหุ่นยนต์ยักษ์ตกลงมาจากฟ้า เขาและโดราเอมอนจึงช่วยกันประกอบมันขึ้นในโลกกระจกและตั้งชื่อว่า “ซานตาครอส” แต่ภายหลังพบว่ามันคืออาวุธสงครามจากดาวเคราะห์ “เมกะโทเปีย” ที่มีเป้าหมายจะรุกรานโลกและจับมนุษย์ไปเป็นทาส พวกเขาได้พบกับ “ริลูลุ” หญิงสาวหุ่นยนต์สายลับที่ถูกส่งมาเตรียมการรุกราน โนบิตะและผองเพื่อนจึงต้องร่วมมือกันปกป้องโลกในสงครามครั้งใหญ่ที่มีชะตากรรมของมนุษยชาติเป็นเดิมพัน