在空地上,小夫(肝付兼太 配音)向大家炫耀现在最畅销的神秘火车的车票,胖虎(立壁和也 配音)和静香(野村道子 配音)恳求小夫也带他们去。这时,大雄(小原乃梨子 配音)急匆匆跑了过来,哆啦A梦(大山信代 配音)已经三天没回家,小夫和胖虎在一旁幸灾乐祸的笑着。晚上,哆啦A梦回来了,原来这三天他跑到了22世纪去买银河列车的车票。第二天晚上,银河列车在后山停站了,大雄和哆啦A梦开始了他们的银河之旅,车长(伊仓一恵 配音)总是笑嘻嘻,很有礼貌。另一边,神秘的生命体降落在了后山,是来自宇宙的寄居物,寄居物将自己附在人类的身体上,来操纵人的大脑,他们的目的是将整个地球毁灭掉。 在车上奇奇怪怪的事情发生不断,大雄在车厢外看到了一个忍者,小夫说看见了海盗,胖虎则看见了恐龙。哆啦A梦告诉大雄他们出现了一伙“神秘黑色影团”。遭到黑色影团的袭击后,列车在一颗行星上停下了,而冒险这才刚刚开始……
有一天,当丹佛变得无法控制时,塔洛妈妈向水口龙太郎寻求帮助。当龙太郎的姐姐松本美丽在丹佛时不幸遭到袭击时,发生了一起事故。事实上,似乎是Yuto(中村裕一饰)操纵了这起事件。
在这紧要关头,人类组成宇宙舰队远征火星,结果几乎全军覆没,侥幸逃回的大和号成为人类最后的希望。与此同时,一个神秘装置穿越万里银河坠落地球,经检测发现该装置竟然能消除放射性物质。为了从装置的主人——麦哲伦星云伊斯坎达尔星的高智慧生物那里寻求帮助,人类决定孤注一掷,派遣大和号进行这次远征。火星之战中失去哥哥的原宇宙舰队成员古代进(木村拓哉 饰)应召归队,和一众好友成为了见证伟大历史时刻的一员。而得知人类动向的加米拉斯也发起了一波波的致命攻击…… 本片根据松本零士的同名原著改编。