夢の中で魔法を使って活躍したのび太は、目覚めても魔法が使えたらなーと空想する。ある日、ドラえもんとのび太の石像が二人の前に忽然とあらわれ、翌日には姿を消した。のび太はドラえもんにせがみ、「もしもボックス」を使って魔法の世界に入り込む。ここでは人々が箒や絨氈に乗って空を飛んでいた。しかし、ここでものび太は小石一つも空中に浮遊できないダメ少年だった。ふとしたことで知りあった満月博士とその娘の美夜子ちゃんから、地球におそろしい魔界が接近していることを聞かされた。のび太はやはりもとの世界へもとろうとするが、ママが「もしもボックス」を捨てたので、もどれなくなってしまった。夜、のび太とドラえもんの前に猫が出現した。月光をあびると、猫は美夜子に変身。大魔王の手下に満月博士はさらわれ、美夜子は猫に姿を変えられ、月光をあびた時だけ元にもどるのだという。美夜子の頼みを受けて、のび太、ドラえもん、しずか、ジャイアン、スネ夫は絨氈に乗って魔界星へ向かった。まっくろな星の南極にあるわずかなすきまから侵入した一同は、タケコプターで帰らずの森に上陸。苦労を重ねた末に、魔王の住む城へ行き、大魔王を倒す唯一の個所である心臓に銀のダーツを打ち込むが効果はない。のび太とドラえもんはタイムマシンで家に戻り、過去の二人に「もしもボックス」を使わないように言おうとするが、魔王の派遣したメデューサによって二人は石に。しかし、ドラミのおかげで石から元の姿にもどれた。三人は再び魔界星にもどって満月博士父娘、しずか、ジャイアン、スネ夫を救出。デビル星域にうかぶ巨大な大魔王の心臓にジャイアンが銀のダーツを打ち込むと、大魔王は大音響とともに破壊する。のび太は美夜子に別れをつげ、タイムマシンで元の世界にもどる。