Nobita tin vào truyền thuyết thỏ ngọc trên Mặt Trăng và muốn mọi người tin vào điều đó nên đã hợp tác với Doraemon tạo ra một vương quốc thỏ trên cung trăng bằng các bảo bối trong chiếc túi thần kỳ. Nobita đã dẫn bạn bè của mình (gồm Shizuka, Jaian và Suneo) và người bạn mới tên Luka đến đó. Tại đây, Luka tiết lộ rằng cậu đến từ hành tinh Kaguya cần sự giúp đỡ để chống lại Diabolo — kẻ đang lợi dụng sức mạnh Ether của người Espal phá hủy Mặt Trăng gây nguy hại cuộc sống quê hương mình và hắn đang có mưu đồ xâm lăng Trái Đất. Trong cuộc đại chiến lần thứ nhất với quân lính của Diabolo cả nhóm bị thất bại và bị buộc phải về nhà nhưng sau đó đã nhanh chóng quay lại. Shizuka được giao nhiệm vụ chăm sóc Luna — người bạn của Luka, trong khi mọi người tiếp tục chiến đấu với kẻ thù và Shizuka đã phát hiện ra bảo bối có tính năng ngược lại với "Huy hiệu thành viên Câu lạc bộ Dị thuyết" của Doraemon đã dùng trước đó. Bị rơi vào thế bị động khi Shizuka mang huy hiệu kỳ lạ đến, Diabolo thi triển kế hoạch dùng sức mạnh Luna làm đòn bẩy để tẩu thoát nhưng một luồng ánh sáng bí ẩn bỗng nhiên xuất hiện. Nhân cơ hội không đề phòng, cả nhóm đã tiến công và hành tinh Kaguya xinh đẹp lại như xưa sau khi hắn bị tiêu diệt. Sau cùng, Luka và những người mang năng lực Ether có tâm nguyện muốn được ở lại vương quốc thỏ và trở thành một con người bình thường. Doraemon đáp ứng nguyện vọng và rồi cả nhóm chia tay nhau.