在一次校外游学活动中，大雄和朋友们参观了旧石器时代的博物馆，其中一串美丽的项链引起静香和出木杉的注意和讨论。大雄心生嫉妒，于是邀请静香来家里进行时空旅行，亲眼看看项链的主人。在哆啦A梦的帮助下，他用遗忘草支走了妈妈，又支走了阻挠的哆啦A梦。没有想到的是，时光机发生故障，载着静香兀自离开。正在此时，软磨硬泡的胖虎和小夫也随着哆啦A梦来到家里，得知静香失踪，好朋友们决定前往1万2千年前的旧石器时代拯救静香。在古老苍茫的大地上，他们遇到了许多早已灭绝的动物，更遭到神秘的假面族及其守护者红假面的袭击。 他们的救援行动最终能否成功呢？
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