โนบิตะแสดงความปรารถนาที่จะไปดำน้ำ ส่วนโดราเอมอนก็ยอมใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อสร้างมหาสมุทรจำลองเหนือระดับน้ำทะเล หลังจากที่พวกเขาปิดอุปกรณ์ดังกล่าวแล้ว พวกเขาก็พบนางเงือกชื่อโซเฟียในสวนหลังบ้านของโนบิตะ เธอเป็นเจ้าหญิงแห่งอารยธรรมใต้น้ำโบราณ และเป็นเพื่อนกับโดราเอมอน โนบิตะ ชิซูกะ ไจแอนต์ และซูเนโอะอย่างรวดเร็ว พวกเขาได้รับเชิญให้ไปเยี่ยมชมบ้านเกิดของเธอ แต่ในขณะที่เดินทางสู่อาณาจักรใต้น้ำ พวกเขาพัวพันกับความขัดแย้งระหว่างนางเงือกกับชนเผ่าศัตรูที่ได้ขับไล่พวกเขาออกจากดาวเคราะห์บ้านเกิดเมื่อหลายพันปีก่อน กลุ่มจะต้องช่วยโซเฟียค้นหาดาบในตำนานที่อาจคืนความสงบสุขให้กับมหาสมุทรได้