傳說中的人魚公主，失蹤的人魚之劍能否找回，和大雄一起探秘海底世界
小夫和他表哥一起去南太平洋上的一個島國附近海域潛水並拍了照片與視頻和小夥伴們炫耀，卻獨獨拋棄了大雄。大雄回家也讓哆啦A夢帶他去潛水，為了滿足大雄的潛水願望哆啦A夢給了大雄『虛擬海水觸覺眼鏡』並且利用虛構水面模擬器水泵製造假的海水環境。一切準備就緒但大雄卻因為好奇按下了解除水泵安全裝置的按鈕，這意外著水泵會源源不斷的泵出海底的水，在戴著虛擬眼鏡的環境中水會淹掉整個陸地。
這次徹底圓了大雄的潛水夢。大雄的爸爸竟然也看到了海底世界的鯊魚，但是也沒有人相信他，認為他是喝醉酒眼花了。其實並不是大雄的爸爸眼花了，而是虛擬海水泵深入海底連帶著氣體將大海裡的魚兒也帶到了虛擬水面中並且魚群在虛擬水中也能生存下去。但由於鯊魚會傷人所以他們必須找到鯊魚停止虛擬水泵的使用，並將海裡的生物帶回海裡。一切準備就緒哆啦A夢使用回家音樂盒將魚群送回海裡，可是一條來自藍水星的人魚並沒有受到幹擾回到海裡並且意外的留在了大雄家還和小分隊成員成為了朋友。初到陸地世界的人魚索菲亞對一切事物都是好奇的，於是小夥伴們帶著索菲亞到處參觀，還一起玩了竹蜻蜻，但因為人魚離不開水，所以，索菲亞才飛了不到一會兒就被迫回到地面尋找水源。
因為不知道索菲亞的來歷哆啦A夢向哆啦美尋求了幫助，在索菲亞泡澡期間哆啦美有了線索並向小分隊普及了人魚的故事∶早在5000多萬年前人魚就已經出現了，並且世界各地都有人魚的傳說，人魚族有他們自己的守護神當它們遭遇危險時守護神將現身解救受困的人魚。奸商在幫索菲亞整理衣服時誤按了衣服上的按鈕竟然變成了人魚模樣嚇壞了其他人。大熊他們之前也疑問索菲亞到底從哪裡來？為什麼會有魚鰭？這時大家才知道索菲亞來自於海底，是多啦A夢使用虛擬水泵造成魚群移動並使索菲亞也迷失了方向進而來到了陸地，而且索菲亞還是人魚族的公主。而把靜香變成人魚的衣服也是人魚族專用服裝，它可以使人魚在海底行動便利。
並且從索菲亞口中小分隊得知∶人魚族早年並不生活在地球，但由於之前生成的星球海水被嚴重汙染，不再適合他們生存才選擇的到地球上來的。而人魚族是被禁止到陸地上來的，但索菲亞想看看故鄉所以冒險到陸地上看屬於家鄉的星星。了解了索菲亞的故事後小分隊決定幫助索菲亞去南半球尋找故鄉的星星，雖然最後由於天上的星星太多並沒有找到御夫座，但索菲亞已經非常滿足了，並且覺得是時候該回到海底宮殿了。小分隊被索菲亞說的心動了也想去海底世界玩玩，經過索菲亞的同意後，哆啦A夢為每個人做出了一套人魚套裝，然後小分隊與索菲亞一起前往海地遊玩。
與此同時海底的人魚族正派人四處尋找公主索菲亞的下落，一個神秘組織也在暗中尋找人魚族的下落並且在地球的海洋深處發現了人魚族的蹤跡，一場預謀正在悄悄地暗中謀劃著。小分隊到達海底宮殿便被受人操控的巨型海鰻襲擊，關鍵時刻尋找人魚公主的士兵及時趕到打敗了襲擊者，但是小分隊也被當做壞人抓了起來，只有靜香逃過了一劫。但是帶有索菲亞的王冠的靜香雖然沒有被人魚組抓起來，卻被那個神秘組織當成公主抓走了。後來小分隊在索菲亞的幫助下脫困才意識到靜香的失蹤，經過調查靜香應該是被秘密組織當成公主帶走詢問人魚之劍的下落了。人魚族女王告訴大家那個神秘組織來自怪魚族，他們在五千年前共同生活在藍水星上，但由於怪魚族瘋狂使用海洋資源並且突然霸佔了整個藍水星，人魚族迫不得已離開家園。
但是怪魚族並沒有停止侵略，他們在許多年前就已經奪走了人魚盔甲現在又想奪走人魚之劍統治整個宇宙。為了解救靜香，小分隊帶著假的人魚之劍重新出發前往怪魚族領地救靜香，經過激烈戰鬥小分隊終於成功的救出了靜香。雖然救出了靜香但假的人魚之劍被怪魚族識破，他們對人魚族發動戰爭，而根據預言人魚族的守護神竟與索菲亞同名，為解救人魚族索菲亞肩負巨大責任召喚出了丟失許久的人魚之劍。不料劍卻落入敵人手中，並且人魚之劍蘊含巨大能力必須儘快奪回，最後索菲亞終於在哆啦A夢他們的幫助下成功奪回人魚之劍，並且成為了人魚族真正的守護神。
人魚之劍只有在索菲亞手中才能發揮它真正的力量，並且總有一天索菲亞會帶著她的族人回到他們的家園——藍水星，儘管那個星球已經被嚴重汙染但那也永遠是他們的家。公主經歷了這麼多終於成長了是時候該承擔重要使命了。人魚的美麗傳說仍會一直流傳下去，但守護神的力量只有最虔誠最勇敢的人才能擁有。當我們遇到困難時也要用虔誠和勇敢的心去面對那樣就一定能戰勝困難，取得成功。