ภาคนี้จะเล่าถึงเรื่องราวของโนบิตะกับไดโนเสาร์ตัวใหม่คู่แฝดสีเขียวและสีชมพู ที่ทั้งสองตัวสามารถบินได้ โนบิตะ โดราเอม่อน และผองเพื่อน จึงร่วมมือกันที่จะพาไดโนเสาร์แฝดนี้กลับไปยังยุคไดโนเสาร์ที่พวกมันเคยอยู่ นอกจากจะพาไปส่งแล้ว ยังมีการผจญภัย รวมถึงช่วยเหลือไดโนเสาร์ให้รอดพ้นจากยุคแห่งการทำลายล้างโลกและภัยจากอุกกาบาตอีกด้วย