Após uma crise de ciúmes por causa de um brinquedo de Suneo, Nobita pede a Doraemon um robô ainda mais impressionante. O que deveria ser apenas uma brincadeira toma proporções perigosas quando Nobita encontra, misteriosamente, partes de um mecha gigante que caíram do céu. Ao montar a máquina, batizada de Zanda Claus, a dupla percebe que não se trata de um simples brinquedo, mas de uma arma avançada.

A situação se complica com a chegada de Riruru, uma garota enigmática que busca o robô. Ela é a peça-chave de uma invasão iminente: um exército de robôs do planeta Mechatopia planeja subjugar a humanidade e transformar a Terra em uma colônia de escravos. Nobita, Doraemon e seus amigos precisam encontrar uma forma de impedir esse conflito antes que a invasão se torne irreversível.