为了在新生欢迎会上表演话剧《西游记》,大雄班级进行排练。大雄渴望扮演孙悟空,但仅被分配到村人甲的角色。为了证明自己最像孙悟空,大雄使用哆啦A梦的时光机穿越到中国唐朝,并假扮孙悟空。他试图通过展示与孙悟空的相似之处来赢得认可,但最终被识破。大雄与朋友们来到唐朝,却未能找到真正的孙悟空。他利用哆啦A梦的模拟游戏机假扮孙悟空,但妖怪从小杨(实际上是红孩儿)和游戏机中逃脱,统治了世界。大雄和朋友们假扮《西游记》中的角色,保护玄奘法师。在穿越火焰山时,他们被带入牛魔王和铁扇公主的巢穴,面临被煮的命运。最终,哆啦美和小杨协助大雄击败了妖怪,历史得以恢复,玄奘法师继续前往天竺取经,大雄则回到了20世纪的日本。