Nobita trova, per caso, un uovo di dinosauro fossilizzato e con l'aiuto degli oggetti di Doraemon, cova l'uovo, iniziando poi ad allevarlo. Dall'uovo nasce un cucciolo di Futabasauro e il piccolo viene battezzato con il nome di "Piske".Sapendo che non possono tenere l'animale per sempre, Nobita è costretto a ritornare indietro nel tempo, alla preistoria, dove un gruppo di cacciatori del futuro minaccia di mettere in pericolo i dinosauri. Determinato a salvarli dalle grinfie dei cacciatori, Doraemon e la sua banda ritorna nel passato per un'avventura preistorica.
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