Nobita pede a Doraemon para levá-lo a algum lugar onde possam mergulhar e, como resultado, o gato-robô usa vários dispositivos para possibilitar que ambos possam nadar em um oceano imaginário acima do nível do mar. Inadvertidamente, uma sereia acaba no quintal de Nobita quando eles desligam a ilusão. Seu nome é Sophia e ela é uma princesa de uma antiga civilização subaquática. Doraemon, Nobita, Shizuka, Jyaian e Suneo rapidamente se tornam seus amigos e são convidados a visitar sua terra natal. Enquanto se dirigem para o reino subaquático, eles se encontram em meio a um conflito entre as sereias e uma tribo inimiga que os expulsou de seu planeta natal há milhares de anos. Doraemon, Nobita e seus amigos devem então ajudar Sophia a encontrar uma espada lendária que pode trazer paz novamente aos mares.
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