平凡的一天，大雄却感到无比心烦。先是与小夫争论恐龙还存在与否时落败，接着零分试卷又面临妈妈的搜查。为了藏匿积攒下来的试卷，大雄和哆啦A梦利用道具在后山挖了一个巨大的洞。大雄欣喜过望，于是和小伙伴们建立起一个地下理想王国。与此同时，小夫的心情则无比烦闷，他无数次看见恐龙，甚至在地洞里看过奔跑的恐龙群。不久，小夫神秘失踪。得知他可能困在地下，大雄、哆啦A梦、胖虎、静香他们决定前去营救好友。令小伙伴们意外的是，地洞竟然连接着一个奇异的世界，这里不仅有各种各样的恐龙，还有一个神秘的王国。
小伙伴们受到地下王国的热情接待，并最终找到小夫。但偶然的机缘，他们得知地下王国正在进行一项神秘的计划……