宇宙の彼方、ピリカ星の軍部がクーデターを起こし、元政府高官は大統領パピを守るため、彼を遠くへ逃がす宇宙船に無理やり乗せた。のび太はSF映画の撮影を台無しにしたことでスネ夫とジャイアンに責められ、ドラえもんは道具を取り出してのび太に自分で映画を撮らせた。撮影中にしずかのウサギの人形が行方不明になり、後にのび太の家で発見された。夜、ドラえもんはネズミがいると思って大騒ぎし、偶然にもピリカ星のパピがのび太の家に逃げ込んで来たことを知る。パピの話を聞いたのび太とドラえもんは彼を助けることを決め、スネ夫、ジャイアン、しずかにも協力を求めた。しかし、ピリカ星の情報機関「PCIA」は情報を察知し、のび太たちが外出している隙にしずかを人質として連れ去り、パピ自身との交換を要求。さらに縮小灯を持ち去り、のび太たちを元の大きさに戻せなくした。みんなの反対を押し切ったパピは密かに離脱し、捕まることでしずかと交換された。パピが星に送還され裁判にかけられた後、処刑されることを知ったみんなは、パピの宇宙船に乗ってピリカ星へ向かった。途中、「PCIA」の攻撃に遭い、惑星の環にある自由同盟基地を見つける。のび太とドラえもん、ジャイアンは星の抵抗組織と連絡を取るため、リモコン戦車に乗ってピリカ星に潜入した。しかし、先ほどの作戦中に無人戦闘艇が撃破された際、盗聴器が戦車に仕掛けられており、すべての行動情報は完全に「PCIA」に筒抜けとなっていた。のび太たち三人と抵抗組織は捕らえられ、自由同盟基地も攻撃を受けた。混乱の中、スネ夫は非常に怖くなって隠れてしまったが、しずかはのび太たちを救出することを決意。スネ夫はしずかの勇気に感動し、戦車を駆って後を追った。二人がピリカ星に到着した時、パピとのび太たちは銃殺刑に処されようとしていた。その時、しずかたちの戦車は「PCIA」に撃たれ、海に墜落した。すべてが危機に瀕していたその時、縮小灯の効果が切れ、のび太たちは元の大きさに戻り、パピを救出することができた。しずかとスネ夫も無事に水中から脱出した。続いてのび太たちは巨大な体を利用して「PCIA」を打ち倒し、その時ギルモア将軍は逃亡を図ったが、抵抗組織と民衆に阻まれ、ピリカ星に平和が戻った。