大雄在偶然的情况下救了一条溺水的小狗，给它取名叫“小一”，并瞒着妈妈把它带回家里饲养。有一天，去山里游玩的大雄，发现山里有很多被人遗弃的小猫小狗。“人也太随便了！”为了小一的将来以及这些被丢弃的猫狗，他想出了一个好办法。“把它们带到人类还不存在的远古时代不就行了！”

　　于是大雄和多啦A梦用缩小灯把小一和猫狗们缩小后乘上时间旅行机，向人类还未诞生的3亿年以前的世界进发。终于到了没有人类居住的世界，大雄用“进化退化放射线源”照射小一使它能理解人类的语言，然后教它怎样在这片土地上靠自己的力量生活下去的方法。

　　傍晚，在即将归去的大雄面前，小一的眼里充满了泪水。“小一，我答应你，明天，一定会回来的。”说完后，大雄乘着时光机回去了。

　　第二天，大雄和多啦A梦再次乘着时光机向那个世界进发，但是，他们突然被卷进了时空扭曲中，来到了文明先进的猫狗国。这一次，大雄及多啦A梦将有一个不可思议的旅程……