大雄在河边意外发现了一颗恐龙蛋化石，借助哆啦A梦的“时光包袱皮”成功孵化出蛇颈龙皮皮。随着皮皮日渐长大，家中无法容纳，大雄决定将它送回白垩纪时代。哆啦A梦取出时光机，大雄、静香、胖虎和小夫一同踏上了前往远古的旅程。

抵达白垩纪后，孩子们惊讶于壮观的史前景观，却也很快遭遇危机。一支来自未来的偷猎团队为了捕获珍稀恐龙而追踪他们。在躲避追捕的过程中，团队一度失散，胖虎和小夫更不慎被俘。大雄和哆啦A梦必须运用各种秘密道具，如空气炮和竹蜻蜓，展开营救。

冒险的高潮在一场激烈的空中与水中对决中展开。最终，在伙伴们的共同努力和皮皮的帮助下，他们成功击败了偷猎者，并将皮皮安全送回了适合它生存的湖泊。这段经历让大雄学会了责任与友谊的真谛，也再次证明了只要团结一心，就能克服任何困难。