小夫炫耀自己家的暴龍趾骨化石。大雄眼紅並信口開河表示要找大整架恐龍化石，否則便用鼻子吃義大利麵。於是，他便在家中翻出了些爸爸以前有關恐龍化石的舊書籍。後來他在附近的斷層挖到一枚恐龍蛋的化石，並以時光布還原之後得到一隻雙葉頸龍，並以叫聲將之命名為「嗶之助」。很快大雄和牠成為好朋友，但因牠越長越大且被人發現，故大雄決定將他送回白堊紀時代。可是，後來卻發現將牠錯送到上古的北美洲。於是，大雄一行人乘時光機再次回到恐龍時代，但途中被欲搶嗶之助的神秘人追擊，一群人跌跌撞撞的來到白堊紀時代的北美洲後，卻發現時光機因而故障，使大家必須靠自己沿著古陸塊回到日本。 經過長時間的冒險，神秘人物再度出現希望獲得嗶之助，原來是未來的違法恐龍獵人，要獲得嗶之助賣錢，要大雄一行以交出嗶之助為條件，換取將他們用時光機送回家。大雄最後決定則想辦法奪取時光機，但途中被發現而使靜香、小夫、胖虎被抓，哆啦A夢和大雄趕往援救卻進入陷阱，他們被放在基地中的恐龍競技場中，恐龍獵人放出霸王龍，在可能被吃的千鈞一髮下，原來該霸王龍是吃過桃太郎飯團的霸王龍，因此暴龍的協助在反敗為勝，又配合趕到的時光巡邏隊打敗了恐龍獵人。最後在時光巡邏隊的幫助下，將嗶之助帶回牠的故鄉，同時也將眾人送返20世紀。