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오사카와 도쿄, 그리고 교토에서 유명한 문화재 도굴단인 '겐지보타루'의 일원들이 연이어 살해되는 사건이 일어난다. 교토를 방문하고 있던 코난 일행은 그 곳에서 겐지보타루의 소행으로 추측되는 불상 도난 사건을 전해듣고 살인 사건과 연관지어 수사를 시작한다.수사를 위해 고조 다리를 찾은 코난은 그 곳에서 고교생 탐정 헤이지를 만나고, 그와 함께 사건을 조사하기로 하는데...
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등에 종이 날개를 달고 매일 날기 연습을 하던 노비타의 앞에 버드피아에서 온 구스케가 나타난다. 다리를 가진 새 모습을 하고 있는 구스케는 어린 시절 받은 충격으로 날지 못하기 때문에 인력비행기를 이용해왔다. 그러나 지구에 불시착하면서 구스케의 비행기는 부서지고, 노비타는 그를 도와 수리를 돕는다. 마침내 비행기를 모두 고쳐 시험 비행을 하려던 중, 노비타와 도라에몽도 구스케와 함께 버드피아로 향하게 되는데...
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노비타와 도라에몽은 우연히 마야 제국으로 들어온다. 이후 자신의 제국을 구하기 위해 동분서주하는 티오왕자와 노비타는 서로의 외모가 동일하다는 것을 이용하여 서로 바꿔서 살기로 했다. 마야 제국에 남은 노비타는 왕자의 대우를 받는다. 한편 노비타와 완벽하게 동일한 외모를 지닌 티오 왕자는 노비타가 살고 있는 1980년의 일본으로 가게 된다. 거기서 티오 왕자는 자동차를 덩지 큰 철괴물로 오인하고 공포에 질린다. 티오 왕자가 노비타의 동네 이곳 저곳으로 돌아다니던 도중 티오 왕자를 노비타로 오인한 타케시(퉁퉁이)와 싸움이 붙었다. 타케시를 일방적으로 폭행한 끝에 티오 왕자가 타케시를 쓰러뜨리자 타케시는 노비타가 달라졌다며 놀란다. 이에 도라에몽이 해명을 하고 마야제국을 구하기 위한 도라에몽 일행의 여행은 시작된다.
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우주가 무대인 게임으로 놀고 있던 진구와 친구들. 잘 놀았지만 퉁퉁이와 비실이 때문에 진구, 도라에몽, 이슬이는 게임에서 탈락하게 된다. 그런 이유로 다른 놀이를 하지만 이 때문에 방이 난장판이 되고, 이 탓에 퉁퉁이와 비실이가 들어있는 게임이 버려지게 된다. 나중에 그것을 안 진구 일행은 서둘러 찾으러 가지만 무언가 알수 없는 물체가 게임을 들고 가버린 것을 알게 된다. 어쩔줄 몰라 하다가 단서를 찾게된 진구 일행은 그것을 길잡이 삼아 우주로 떠나는데....
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바다에 관한 자유연구를 하고 있던 진구와 친구들. 친구들은 전부 주제를 정했지만 자신은 정하지 못하고 있다. 그 때 우연히 해적의 보물이 발견됐다는 뉴스를 들은 진구는 도라에몽에게 매달려 도움을 청한다. 보물지도를 꺼낸 도라에몽은 친구들과 함께 도물을 찾아 떠나는데…
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좋은 꿈을 꾸다가 깨어난 진구는 현실에서 된통 깨진다. 그 뒤 도라에몽의 꿈 보는 기계로 원하는 꿈을 꾸게 된다. 그 뒤 이상한 행인의 꾐으로 꿈의 삼총사 테이프를 사게 되고 모험을 시작하게 된다.
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봄방학동안 친구들이 여행을 간다며 자랑을 하자 진구는 우울해 한다. 그러던 중 아빠가 호텔을 예약했다는 이야기를 듣고 신이 나서 친구들에게 자랑하지만, 아빠가 꿈에서 호텔을 예약했다는 사실을 알고 실망한다. 친구들의 놀림을 받아 기가 죽은 채로 집에 돌아온 진구. 그리고 그런 진구 앞에 나타난 커다란 가방. 진구는 호기심에 그 가방을 열고, 거기서 나타난 건 거대한 문이었다. 그 문으로 들어간 도라에몽과 진구의 눈앞에 펼쳐진 건 아름다운 해변과 특이한 호텔이었는데....
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진구와 도라에몽은 진구의 "하늘에 사람이 사는가?"라는 궁금증을 계기로 구름의 왕국을 만들기로 한다. 그러나 자금 부족으로 쉽지 않아 많은 시간을 소요할 판. 그러다 어른들의 대화를 들은 진구가 아이디어를 내고, 결국 왕국의 건설에 성공한다. 그러나 하늘에는 구름의 왕국만 있는 것이 아니었는데….
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하룬 알라시드 왕의 통치 시대인 794년의 바그다드를 무대로 도라에몽 일행 5명의 활약을 그린 장편 작품이다. 《천일야화》(아라비안 나이트)를 모티브로 하고 있다. 도라에몽, 노비타, 자이언, 스네오 4명이 포로로 잡혀간 시즈카를 구하는 전개인데 이러한 전개를 담고 있는 대장편 도라에몽 작품은 본작이 유일하다(《노비타의 해저귀암성》에서도 시즈카가 잡혀갔지만 이것은 본인의 의사에 의한 것이기 때문에 사정이 다르다). 영화의 경우 《극장판 도라에몽: 진구의 인어대해전》에서 이 패턴이 사용되었다. 또한 본작에서는 도라에몽이 악역에게 자신의 4차원 주머니를 도둑맞고 주머니에서 〈비밀도구〉 없는 모험이라는 핸디캡을 강요받는다. 도라에몽이 가지고 있는 편리한 도구들을 “거의 통째로” 봉인하는 설정을 이용한 최초의 작품이기도 하다.[2] 따라서 본작에서는 비밀도구 이외에 신밧드가 가진 〈왕의 컬렉션〉이 작중에서 중요한 역할을 맡는 도구가 된다.
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진구는 어느날 밤 이상한 가스와 접하게 된다. 길을 찾기 위해 이리저리 움직이다가 출구를 발견하고, 그곳으로 향하지만 나오고 보니 깊은 숲 속. 여느때처럼 도라에몽을 찾다가 우연히 사람의 몸에, 사람 옷을 입고, 사람 말까지 하는 동물들을 보게 된다. 이후 다시 가스를 발견하고 그곳에 들어간다. 이후 잠에서 깨어난 진구는 방 밖에 나와있고, 도라에몽에게 자신의 꿈 얘기를 하는데...
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항상 집이고 학교고 야단만 맞다가 질리게 된 진구는 가출을 하지만 어떤 장소든 주인이 있거나 사유지뿐이었다. 그러다가 다른 아이들도 각자의 이유로 가출을 하게 되었고 마땅히 갈 장소가 없어서 풀이 죽어 있었지만 진구가 차라리 아무도 없는 원시시대로 가자고 제안을 해서 이들은 7만년전의 일본으로 가게 된다. 아직 사람이 전혀 살지 않던 시기의 일본에서 아무에게도 방해받지 않는 유토피아를 만들고 실컷 논 아이들은 다시 현대로 돌아오고 다음날 정체 불명의 소년과 조우하게 되는데 그의 정체는 진짜 원시소년인 쿠쿠루였다. 본래 원시시대의 중국에 살고 있었으나 도라에몽 일행이 원시시대로 갈 때 겪은 초공간 난기류에 빨려들어와 현대사회의 일본으로 온 것이다. 의식을 차린 쿠쿠루는 흉폭한 어둠의 부족과 기가좀비라는 주술사가 있으며 그가 쿠쿠루가 살고 있던 마을을 습격하고 쿠쿠루를 제외한 부족 사람들을 전부 끌고 갔다는 것을 이야기 하고 도라에몽 일행은 이 사실을 알게 된다. 그리고 사정을 알게 된 도라에몽 일행은 빛의 부족 사람들을 구하기 위해 중국 대륙으로 떠난다.
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학교 연극에서 진구의 반은 서유기를 공연하기로 한다. 그런데 진구는 손오공이 실존하리라 믿어서 과거로 가서 확인하려 한다. 도착해보니 넓디 넓은 땅. 그러다 뭔가 날아오는 것을 보고 자세히 살펴보는데 그것은 구름을 타고 날아가는 손오공이었다. 이후 진구는 도라에몽과 다른 친구들과 함께 과거로 오지만 손오공은 안 보인다. 그래도 도라에몽의 제안으로 미래의 게임기를 사용하여 진구가 손오공의 모습을 연출한다. 그러나 의외로 눈치를 발휘한 퉁퉁이에게 들킨다. 이후 돌아온 진구의 세상은 어쩐지 이전과 달라진 모습인데…
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공룡이 현존 여부에 대해 얘기했다가 비웃음당한 노비타는 공룡을 찾으려 하고, 도라에몽은 OX점괘를 빌려준다. 그 결과 지상엔 공룡이 존재하지 않는 걸고 나온다. 한편 스네오는 자이언의 개발 조종에 의해 RC비행기가 날려먹을 판이 되어 쫓아간다. 결국 강까지 다다랐는데 그곳에서 자신이 이젠 없다고 말한 공룡의 실루엣을 목격한다. 노비타는 빵점 시험지를 숨길 요량으로 도라에몽의 요술맨홀로 만들어진 동굴을 쓴다. 이에 노비타는 시즈카에게도 알려주려다가 또 말실수를 해서 자이안과 스네오까지 끌어들이게 된다. 최근 정신이 심란했던 스네오는 애들과 멀리 떨어진 곳으로 가다가 우연히 넓은 공터를 발견하게 되고, 그곳에서 수십 마리의 공룡을 목격한다. 후에 다시 지하에 왔을 때, 자신이 본 것이 뭔지 확인하기 위해 비디오카메라까지 챙겨간 스네오는 강에 빠졌던 자신의 RC비행기를 발견하고, 도망치다 미아가 되고 뭔가와 접하게 된다. 이후 동굴을 나왔던 일행은 비실이가 동굴에 남아있다는 것을 알고 찾으러 간다. 그러면서 지하인과 만나게 된다.
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비실이의 로봇자랑에 진구는 도라에몽에게 로봇을 달라고 사정한다. 그러나 도라에몽은 덥다고 짜증을 내며 북극으로 가버린다. 잠시 뒤, 따라간 진구는 웬 파란 볼링공을 줍게 된다. 그리고 그때 하늘에서 큼지막한 기계덩어리가 떨어지고, 그 위에서 놀다가 실수로 미끄러져서 졸지에 함께 집으로 돌아가게 된다. 그러자 그 공도 따라오고. 잠시 뒤, 집 마당에 또다른 기계가 떨어진다. 기계를 살펴본 진구는 로봇의 부품인 것을 눈치채고 도라에몽이 자신을 위해 준비한 거대 로봇이라고 생각하지만 도라에몽은 모르는 얘기. 여차저차 과정을 거쳐 거울세계에 들어가 그곳에서 파츠를 모으고 조립하여 완성시킨다. 결국 로봇이 완성되어 진구는 이슬이와 함께 즐겁게 로봇을 가지고 놀지만 별 생각 없이 눌렀던 버튼이 빌딩을 일격에 가루로 만드는 광경에 충격을 받고 그 로봇을 거울세계에 버리고 함구령을 내린다. 그런데 이후에 거대 로봇을 찾고 있는 의문의 소녀 리루루가 나타나는데……
