เรื่องราวเริ่มต้นขึ้นเมื่อโนบิตะบอกว่าอยากเป็นนักดำน้ำ โดราเอมอนจึงใช้ของวิเศษทำให้เมืองจมลงสู่ก้นทะเล ในขณะที่กำลังว่ายน้ำอยู่กับฝูงปลาอย่างสนุกสนาน พวกโนบิตะก็ได้พบกับโซเฟีย เจ้าหญิงแห่งชนเผ่าเงือกที่ย้ายถิ่นฐานมาอาศัยอยู่ในทะเลบนโลกตั้งแต่เมื่อ 5,000 ปีก่อน โซเฟียได้พาพวกโนบิตะลงไปยังเมืองใต้ทะเล พวกเขาได้สวมชุดเงือกและสนุกกับการผจญภัยใต้ท้องทะเล แต่ในขณะนั้นเองปลาไหลยักษ์ก็พุ่งเข้ามาจู่โจมพวกเขา แม้จะเอาชีวิตรอดมาได้ แต่ชิซุกะก็ถูกใครบางคนจับตัวไป หลังจากได้รู้เรื่องเกี่ยวกับดาบแห่งตำนานของชนเผ่าเงือกซึ่งเป็นสิ่งที่ชนเผ่าปลาชั่วร้ายต้องการจะครอบครอง พวกโนบิตะจึงตัดสินใจที่จะช่วยชนเผ่าเงือกต่อสู้เพื่อปกป้องดาบแห่งตำนานเอาไว้