Nobita pede a Doraemon que o leve a um lugar onde possam mergulhar; assim, o robô-gato usa diversos dispositivos para permitir que ambos nadem em um oceano imaginário acima do nível do mar. Quando a ilusão é desligada, uma sereia acaba no quintal de Nobita. Ela se chama Sophia e é princesa de uma antiga civilização subaquática. Doraemon, Nobita, Shizuka, Jyaian e Suneo rapidamente tornam‑se amigos dela e são convidados para visitar sua terra natal. Ao seguir em direção ao reino subaquático, eles se deparam com um conflito entre as sereias e uma tribo oposta que os expulsou do planeta há milhares de anos. Doraemon, Nobita e seus companheiros então precisam ajudar Sophia a encontrar uma espada lendária capaz de restaurar a paz nos mares.
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