Bayi dinosaurus bernama Piisuke ditemukan oleh Nobita dalam keadaan sekarat. Dengan bantuan Doraemon, mereka merawatnya diam-diam di rumah — sampai berita kebocoran jadi masalah baru. Teman-teman Nobita mulai curiga, dan penampakan dino di zaman modern berhasil menarik perhatian pemburu dari masa depan. Bukan cuma ingin menangkap, mereka berniat memanfaatkan Piisuke untuk penelitian ilegal. Nobita, Doraemon, dan seluruh geng akhirnya memutuskan satu-satunya jalan: kembali ke Zaman Kapur 100 juta tahun lalu untuk melepasliarkan Piisuke ke habitat aslinya. Tapi rombongan pemburu itu ternyata sudah menunggu lebih dulu di sana.