La trama gira en torno a unas vacaciones de verano de Nobita y sus amigos bajo las aguas del Océano Pacífico. Jaian y Suneo toman el vehículo submarino de Doraemon y viajan a través del Océano Atlántico, tratando de encontrar un barco tesoro. En el camino, descubren que el arma ambiental que Doraemon utiliza para protegerlos se está quedando sin energía, dejándolos vulnerables al mar. Afortunadamente, son rescatados por algunas criaturas marinas. . Doraemon y sus amigos son capturados más tarde por estas criaturas, que se revelan como habitantes del reino submarino de Mu. Se revela que otro reino submarino, Atlantis, ahora controlado por robots, estaba a punto de destruir la Tierra con armas nucleares después de confundir una erupción volcánica con una invasión. Con la ayuda de un niño de Mu, Nobita y sus amigos intentan detener a los robots, pero todos son capturados. Sin embargo, cuando las cosas están en su peor momento, el vehículo submarino robótico Doraemon se sacrifica para destruir la computadora que controlaba todos los robots y las armas nucleares. Después de regresar a Mu, Doraemon y sus amigos son aclamados como héroes.
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