故事主要讲述了，小夫炫耀自己家的暴龙趾骨化石，引发了大雄的好胜心。

大雄不甘示弱，信口开河地表示自己能找到更大的恐龙化石，否则就用鼻子吃意大利粉。

为了履行自己的诺言，大雄前往图书馆借阅有关恐龙化石的书籍。

并在附近的断层处意外挖到了一枚恐龙蛋化石。

大雄借助哆啦A梦的时光包袱机成功将小恐龙孵化。

大雄给这只小恐龙取名为“皮助”。

大雄和皮助很快成为了好朋友。

但随着皮助的迅速成长，大雄意识到再这样下去它迟早会被人发现。

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为了保护皮助，大雄决定将它送回白垩纪时代。

大雄、哆啦A梦以及他们的朋友们乘坐时光机前往白垩纪。

但途中遭遇了时光机错位，将他们送到了上古的北美洲。

在寻找正确时代的过程中，他们遭遇了欲抢夺皮助的神秘人追击。

时光机因此故障。

一行人不得已沿着古代大陆板块返回。

经过长时间的冒险，神秘人物再度出现希望获得皮助。

原来他们是未来的违法恐龙猎人。

这些人想要获得皮助卖钱。

要大雄一行人以交出皮助为条件，换取将他们用时光机送回家。

大雄不同意，决定想办法夺取时光机。

但途中被发现，使得静香、小夫、胖虎被抓。

哆啦A梦和大雄赶往救援却进入陷阱。

大雄他们被放在基地中的恐龙竞技场中，恐龙猎人放出暴龙。

在可能被吃的千钧一发下，他们发现原来该暴龙是吃过桃太郎饭团的恐龙。

后来，在暴龙的协助下，配合赶到的时光巡逻队打败了恐龙猎人。

皮助也回到了它的故乡。

在分别的时刻，大雄和皮助之间展现了深厚的感情。

“皮助，你从现在开始，可以看到很多东西，学习到很多事情，要……要长得更大更强壮喔……我也会……我也会……我……我……我也会，更加努力的……再见，要保重……”

此时，大家都已经泣不成声了。

时光机启动，众人和皮助哭着告别。