Câu chuyện bắt đầu khi Suneo khoe khoang về việc cậu ta có được những chiếc vé tàu du lịch vũ trụ, Nobita đã nhờ Doraemon đưa đi một chuyến du lịch xuyên qua dải ngân hà bằng tàu lửa. Ngay ngày đầu tiên bước vào chuyến đi, Nobita đã gặp nhiều tình huống kì lạ, rợn người khi cậu bị Dracula và ninja hù doạ. Nobita rủ thêm Jaian, Suneo và Shizuka cùng tham gia chuyến du lịch kì lạ này. Họ làm quen với Bome - một nhà báo đi theo để du lịch - và chú soát vé của con tàu. Đang lúc vui vẻ thì bỗng con tàu bị tấn công bởi một toán cướp vũ trụ. Chúng ép buộc con tàu hạ cánh xuống hành tinh Mezu - một trung tâm trò chơi giải trí có một không hai trong vũ trụ. Lúc này đoàn du lịch mới biết rằng vụ cướp lúc nãy chẳng qua chỉ là một trò chơi mạo hiểm thôi. Đoàn du lịch tha hồ vui chơi trong hành tinh này. Sau khi xuống tàu, Nobita và Doraemon tham gia trò chơi "Cao bồi miền viễn Tây" tại hành tinh Texas, cả hai đã chiến thắng vẻ vang và làm cảnh sát trưởng của hành tinh. Jaian và Suneo tham gia trò chơi "Ninja loạn thị" nhưng thất bại. Shizuka chơi trò "Bạch Tuyết và Bảy Chú lùn", nhưng không thành công do đến phút chót các "nàng Bạch Tuyết" nổi cơn ghen và tranh giành một "hoàng tử". Lúc ấy bỗng có một nhóm những thiên thể kì lạ (con chíp điện tử) khống chế một vài người trong hành tinh nhưng nhóm bạn Doraemon không hề hay biết.
Sáng hôm sau, nhóm bạn cùng tham gia một trò chơi mới mang tên là "Chạy đua với khủng long", nhưng những con khủng long bỗng dưng nổi loạn. Tin báo cho biết có trục trặc tại hành tinh Mezu. Nhóm bạn lập tức quay về đó. Khi họ đến nơi, mọi thứ đều tan hoang, Jaian và Suneo tách riêng để đi điều tra nhưng sau đó Suneo đột nhiên bị mất tích. Khi cả nhóm tìm được thì mới biết toàn bộ người ở Mezu và cả Suneo đã bị khống chế bởi con chíp điện tử, và cậu ta mang một bí danh là "0009". Nhóm bạn bị bắt nhốt vào trong một toa tàu, túi thần kì của Doraemon bị vô hiệu hóa. Đúng lúc đó thì nhà báo Bome và chú soát vé (chưa bị khống chế) xuất hiện giải cứu họ và bắt cóc "0009" và đưa cả đoàn người du lịch đi. Họ chạy trốn khỏi hành tinh bằng tàu hoả. Lúc đó tên đầu sỏ bọn Yadori (tên gọi chung của các con chíp điện tử) xuất hiện và cho người truy đuổi. Nhóm bạn phải hạ cánh xuống một hành tinh bỏ hoang do tàu cạn năng lượng. May thay nơi đây có rất nhiều lương thực, họ đã được ăn uống thoải mái, Jaian tìm được Jane và Don - là 2 trong số 3 người trong nhóm bạn Aston, và Jaian đã trở thành người hùng khi vô tình tìm ra một con tàu bị bỏ hoang nhưng động cơ còn rất tốt, "0009" nhảy sang khống chế Nobita nhưng cậu đã tỉnh khỏi lốt khống chế do súng xà phòng của Shizuka. Nhóm bạn lên tàu mới và tiếp tục cuộc chạy trốn nhưng bọn Yadori đã đuổi kịp. Một trận chiến diễn ra, đoàn người chạy trốn đã chiến thắng và công lớn nhất thuộc về các khẩu súng xà phòng - một thứ vũ khí tuy đơn giản nhưng rất hữu hiệu với bọn Yadori. Đoàn du lịch trở về Trái Đất an toàn.
