大雄偶然通过哆啦A梦的“随意门”穿越到北极,意外发现了一块刻有古老符号的巨型机器人零件。哆啦A梦用竹蜻蜓和缩小灯将零件运回颠倒世界的秘密基地,利用“万能贴”和“时光包袱巾”将其修复重组,最终诞生了一台高达30米的神秘机甲“铁人兵团”。然而,这台机甲的出现引发了异次元势力的觊觎——自称“机械帝国”的反派组织试图夺取它以统治世界。大雄与哆啦A梦被迫联手,操控铁人兵团展开激战,却逐渐发现机甲背后隐藏着远古文明的生态平衡系统。在对抗中,大雄从怯懦的普通少年成长为机甲核心的适配者,而哆啦A梦的四次元口袋也因过度使用面临能量枯竭的危机。随着战斗深入,他们必须解开北极冰层下埋藏的“能量水晶”秘密,并在铁人兵团的自我意识觉醒中,直面科技与人性的终极抉择……