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国際諜報組織SMLの女性エージェント“お色気”は、秘密結社“ブタのヒヅメ”の空中要塞から新兵器の重要パーツを盗み出した。要塞から脱出した彼女は東京湾に着水、近くを通りがかった屋形船へと逃れた。折りしもその船では、しんのすけたちふたば幼稚園の一行が遠足の真っ最中。しんのすけと仲間たちは“お色気”もろとも空中要塞に捕まってしまう。一方、野原家のもとに、SMLのエージェント“筋肉”が現われる。
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スティーヴンソンの小説「宝島」を読んで宝探しに憧れたのび太は、ドラえもんのひみつ道具「宝さがし地図」で宝島の在処を一回で突き止め、海への冒険に出発する。 いつものみんなも加わって冒険を楽しんでいたのも束の間、突然時空に異変が起き、のび太たちは17世紀のカリブ海へ転移。海賊の戦いに巻き込まれ、のび太はドラえもんたちとはぐれ、ドラえもんはポケットを失う。 ピンク色のイルカ「ルフィン」に助けられたのび太は無人島へ流れ着き、島で1人で暮していた少年ジャックと知り合う。一方ドラえもんたちは海賊キャプテン・キッドに助けられ、のび太を助けるために共に宝島のトモス島を目指すが、そこは謎の生物に満ちた未知の島だった。 のび太とドラえもんたちは再会できるのか。そしてトモス島とは一体何なのか?
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河原で光る玉を拾ったしんのすけ。実は、その玉こそは伝説の魔人を復活させる鍵だった。2つ1組となる玉の行方をめぐって、片方を所有して魔人の復活を企むホステス軍団と、阻止せんとするオカマ3兄弟が激しい争奪戦を展開する一方、しんのすけが持ち帰った玉を赤ん坊のひまわりが飲み込んでしまう。玉を追って野原家へやって来たオカマ3兄弟の1人ローズは、やむなく一家全員をアジトのオカマバーへと連れ去る。
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時間飛行中に攻撃され、野原家の庭の地中に不時着したタイムパトロール隊員リング。身動きのとれない彼女は、野原家の愛犬シロに発信機を取り付け、一家に協力を求める。しんのすけたち野原一家は、リングの操るシロとともに、歴史を変えようとする時間犯罪者を追って戦国時代へ。だが、彼らを待ち受けていたのは、春日部を支配する謎の男・雲黒斎の刺客たちだった。一行は、美少年剣士・吹雪丸に救われる。
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ある夜、のび太はピンクのもやをくぐって見知らぬ森に迷い込む。そこでは動物たちが人間の言葉で話していた。翌日、のび太はその体験を皆に話すが「幼稚園児並みの夢だ」と馬鹿にされるだけ。しかし、動物たちが持っていたホタルを入れていた花(ホタルブクロに似ている)が部屋の前に落ちていたのを知り、昨夜のことは本当にあったのではないか…とのび太は考える。そんな中、ママの話からのび太たちの学校の裏山がゴルフ場建設のために切り崩されてしまうという計画があることを知る。 その夜、寝ぼけたのび太は、再び部屋の前に現れたあのもやの中に入り込んだことに気付き、あの世界は夢ではなかったと確信。後を追ってきたドラえもんと共にもやの向こう側を探検する中で、2人はチッポという犬の少年に出会い、友達になる。 翌日、裏山を開発しようとする業者らが下見に訪れた。ドラえもんがひみつ道具で追い払ったものの、これくらいであきらめるとは思えず、安心はできない。悩んでいた時、2人はまたあのピンクのもやを見つけた。しずかも誘い、再びアニマル星へ遊びに行くことに。だが、こっそりついてきたジャイアンとスネ夫は、もやの中をさ迷ううち、見渡す限り荒れ果てた世界に辿り着いてしまう。ジャイアンはその中で「恐ろしい何か」を感じると語るのだった。
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家でも学校でも叱られてばかりののび太は家出しようと思い立つが、どこもかしこも私有地か国有地でどこにも自分の思い通りになる土地がない。ドラえもん以下4人も各々の理由で家出するも行くところがなく途方に暮れていた。それならばいっそのことまだ人間が誰も住んでいない太古の日本へ行こうと思い立ち、史上最大の家出へと出発した。 誰にも邪魔されないユートピアが完成したが、一時帰宅したところ、本物の原始人と思しき少年ククルに出会う。ククルの一族であるヒカリ族は、凶暴なクラヤミ族と精霊王ギガゾンビの襲撃を受けたという。のび太たちはヒカリ族を救うため、中国大陸へ向かうことにする。
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新入生歓迎会に際し、のび太の提案によって「西遊記」の劇をやることになった。孫悟空役をやりたかったのび太であったが、孫悟空役は出木杉に取られてしまい、実際の役は「村人その1」。セリフも「助けてくんろー!」の一言のみという、提案者とは思えない扱いだった。 孫悟空の存在を信じるのび太は、「本物に似ている人が孫悟空になるべきだ」と主張し、タイムマシンで7世紀のシルクロードへ向かう。そこでのび太そっくりの本物の孫悟空を目撃するが、誰も目撃談を信じない。仲間たちを連れ、再び唐へやって来たのび太だったが既に孫悟空はいない。仕方なくドラえもんのひみつ道具「ヒーローマシン」でのび太自ら孫悟空に成りすましたものの、調子に乗って結局ばれてしまった。のび太は、「ドラえもんの道具を使い放題」という無茶な約束に従わざるを得なくなり、ジャイアンが高笑いしながらタイムマシンを操縦する中、のび太とドラえもんは喧嘩になってしまうのだった。 落胆して現代に帰ったところ、なんとのび太の家族も知人もみんな妖怪になっており、現代は妖怪の世界と化していた。原因は唐の時代でヒーローマシンを使った際、マシンから妖怪たちが飛び出し、現実世界を荒らして三蔵法師を殺し、人類を滅ぼして人間に成り代ったため。 パラレルワールドになってしまった歴史を元に戻すには、唐の時代へ戻って妖怪たちを一匹残らず倒すしかない。本物の三蔵法師一行には、じわじわと妖怪たちの手が忍び寄る。5人は妖怪退治のため、ヒーローマシンで悟空や猪八戒に変身し、再び唐の時代へ向かう。
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恐竜が今でも生き残っていると言い張って、スネ夫らに笑い者にされたのび太は、ドラえもんのひみつ道具「○×うらない」でも「地球上に生き残っている恐竜はいない」と判定されてがっかりする。 ところが、多奈川で巨大な生物を目撃したスネ夫は、それが恐竜ではないかという疑問にかられてすっかり動転してしまい、挙げ句の果てにノイローゼになってしまう。一方、のび太は0点の答案を隠すためにひみつ道具の「どこでもホール」を使い、地底にある大空洞を発見する。のび太とドラえもんはしずかやジャイアン、スネ夫と一緒に地底の大空洞を秘密の遊び場にするがスネ夫が地底で迷子になり、その後で「どこでもホール」が不祥事で壊れてしまう。 しかし多奈川の河底から地底への入口があると知り、再び地底へ入り込むがそこでのび太たちは、河童そっくりな地底の野蛮人ナンジャ族に捕まってしまう。あわや地底人の餌にされそうになったところで竜の騎士バンホーが彼らを救い出す。地上で滅亡したと思われていた恐竜は地底、すなわち「地球上」ならぬ「地球内」に生き残り、トゥロオドン(旧名:ステノニコサウルス)から進化した恐竜人(ディノサウロイド)が高度な文明を築き上げていたのだった。バンホーの案内でのび太たちは地底国の首都・エンリルで保護されていたスネ夫と再会したが、首都観光の最中にのび太が乗った恐竜の暴走によってみんなからはぐれてしまう。そして偶然に入り込んでしまった施設でのび太は武装した竜の騎士たちが不穏な計画を立てていることを知ってしまうのだった。