Petualangan kali ini berawal dari jatuhnya sebuah pesawat misterius di lembah belakang rumah Nobita. Lalu Nobita yang sedang bermain dengan anak-anak kecil pun melihat gelagat aneh Gian dan Suneo. Kala itu, semua anak-anak sedang mengalami demam Pahlawan Luar Angkasa. Ternyata diam-dam, Shizuka, Gian, dan Suneo sedang membuat film tentang pahlawan luar angkasa. Nobita yang protes pun melapor kepada Doraemon hingga keluarlah Sutradara Burger dari kantong ajaib sang robot kucing.

Saat sedang seru-serunya syuting, seorang anak lelaki bernama Aron muncul dari dalam pesawat misterius. Terkesima dengan gaya Doraemon dan kawan-kawan saat melawan monster, Aron pun memberitahu mereka bahwa planetnya sedang diserang makhluk asing. Ia meminta Doraemon dan teman-teman agar menjadi pahlawan super yang membantu Aron.

Uniknya, ada satu hal yang masih mengganjal di antara kedua pihak. Doraemon dan kawan-kawan menyangka Aron sebagai bagian dari film Sutradara Burger, dan Aron menyangka syuting yang sedang berlangsung adalah kejadian nyata. Petualangan tidak terduga di luar angkasa pun akhirnya dimulai.