Nobi Nobita là một cậu học sinh lớp bốn luôn bị điểm kém trong các môn học của mình bởi sự lười biếng, đồng thời luôn bị các bạn cùng lớp là Honekawa Suneo và Jaian (Goda Takeshi) bắt nạt. Sau khi theo dõi Nobita mỗi ngày, cháu chắt của cậu từ thế kỉ 22 là Sewashi dùng cỗ máy thời gian để đi đến dòng thời gian của Nobita và mang theo chú mèo máy của mình có tên là Doraemon. Sewashi tiết lộ rằng nếu Nobita không thay đổi hành vi của mình, cậu sẽ phải đối mặt với một tương lai khủng khiếp: cậu sẽ cưới em gái của Jaian là Jaiko, công ty tư nhân thì bị hỏa hoạn thiêu trụi và buộc phải bỏ nhà với một khoản nợ. Để cứu vãn tương lai, Sewashi đề nghị Doraemon giúp đỡ Nobita. Ban đầu Doraemon đã từ chối nhưng Sewashi cài chương trình trên mũi của chú mèo máy để ngăn Doraemon trở lại tương lai, trừ khi Nobita có một tương lai xán lạn hơn.

Bị miễn cưỡng không còn cách nào khác, Doraemon đã giới thiệu những bảo bối thần kỳ với Nobita nhằm giúp cậu nhóc, từ đó cuộc sống của Nobita cải thiện rất nhiều. Dù Doraemon cảnh báo Nobita không được phụ thuộc vào các bảo bối, Nobita yêu cầu Doraemon giúp mình tán người bạn thân Minamoto Shizuka sau khi chú mèo máy tiết lộ nếu tương lai theo đúng lộ trình thì cô bé sẽ trở thành vợ của Nobita. Tuy nhiên mọi nỗ lực của hai người cuối cùng lại khiến Shizuka càng thêm gần gũi với cậu bạn học giỏi nhất lớp Dekisugi Hidetoshi. Những cố gắng cạnh tranh về thành tích học tập với Dekisugi của Nobita trở nên bất thành và khiến cậu quyết định từ bỏ Shizuka để giúp cô hạnh phúc hơn. Tưởng nhầm Nobita định tự tử, Shizuka đến nhà của Nobita khiến cậu luống cuống uống hết lọ thuốc gây khó chịu mà Doraemon đưa cho, làm chú mèo máy và cả mẹ Nobita không chịu nổi phải rời khỏi nhà. Nhưng riêng Shizuka đã kháng cự lại tác dụng của lọ thuốc và ôm lấy Nobita, điều này sau đó Doraemon tiết lộ đó chính là bước đầu tiên trong mối quan hệ đang tiến triển của Nobita và Shizuka để sau này họ trở thành một cặp.

Sau khi Nobita nhỏ chứng kiến phiên bản trưởng thành của cậu từ chối lời mời đi leo núi của Shizuka trong tương lai qua chiếc vô tuyến thời gian, cậu đã cải trang thành Nobita trưởng thành bằng chiếc khăn trùm thời gian và du hành đến tương lai nhằm giúp đỡ Shizuka vì nghĩ rằng cô đang gặp nạn trong trận bão tuyết dữ dội. Những nỗ lực giúp Shizuka của Nobita khiến cậu bị thương nhiều hơn, nhưng lại khiến Shizuka cảm động và trả lời "đồng ý" cho một câu hỏi mà lúc đó Nobita nhỏ vẫn chưa rõ, trước khi cô bất tỉnh vì bị lây bệnh từ Nobita trưởng thành trước đó. Trong nỗi tuyệt vọng Nobita nhỏ ép mình trong tương lai phải ghi nhớ khoảnh khắc này, nhờ đó Nobita trưởng thành đã nhớ lại ký ức đó và đến núi tuyết cứu cả hai. Sau đó Nobita nhỏ mới phát hiện ra rằng hóa ra câu trả lời "đồng ý" của Shizuka là dành cho lời cầu hôn từ Nobita trưởng thành. Điều đó nghĩa là Shizuka chắc chắn sẽ kết hôn với Nobita. Sau khi nghe cuộc hội thoại đầy cảm động giữa Shizuka và cha mình khi ông chấp nhận để Shizuka làm dâu của Nobita, Nobita nhỏ và Doraemon đã trở lại dòng thời gian thực tại.

Khi tương lai của Nobita ngày càng thay đổi tích cực hơn, chương trình cài đặt của Doraemon lệnh cho chú mèo máy phải trở về tương lai trong 48 giờ. Nhận thấy Doraemon đang trong tình cảnh khó khăn trước khi rời đi vì còn lo lắng cho Nobita, Nobita đã dũng cảm đối đầu với Jaian và khiến cả hai có một cuộc chiến khốc liệt một mất một còn để chứng tỏ rằng cậu bé có thể tự vệ mà không cần đến Doraemon. Khi thấy rằng Nobita quyết chí không chịu bỏ cuộc, Jaian đã giả vờ nhận thua để Doraemon đến đưa cậu về nhà, rồi chú mèo máy rời đi trong yên bình ở ngày kế tiếp. Trong ngày cá tháng tư, Nobita bị Jaian và Suneo lừa rằng Doraemon đã trở về. Trong cơn giận dữ, cậu trở về nhà và phát hiện Doraemon để lại cho mình bảo bối có tên là "Dung dịch nói dối", với tác dụng biến mọi điều dối trá thành sự thật và ngược lại. Sau khi khiến Jaian và Suneo phải lãnh quả báo, Nobita trở về và than thở Doraemon sẽ không bao giờ chưa quay lại. Rồi cậu ngạc nhiên sửng sốt khi thấy Doraemon đột nhiên trở lại và nói với Nobita rằng chú mèo máy được phép ở lại với cậu. Nguyên nhân là bởi khi Nobita nói Doraemon sẽ không bao giờ quay lại, tác dụng của "Dung dịch nói dối" khiến lời nói đó trở thành sự thật. Cả hai liền chạy đến ôm chầm lấy nhau và rơi nước mắt trong niềm hạnh phúc vô bờ bến.