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Nobita chiede a Doraemon di portarlo in un posto in cui possa nuotare. Come risultato di questa richiesta Doraemon si vede costretto ad utilizzare numerosi gadget per rendere possibile per entrambi di nuotare in un oceano immaginario al di sopra del livello del mare. Inavvertitamente una sirena finisce nel giardino di Nobita, quando l'illusione dell'oceano viene spenta. Il nome della sirena è Sophia, ed è la principessa di un'antica civiltà subacquea. Doraemon, Nobita, Shizuka, Gian e Suneo rapidamente diventano suoi amici e Sophia li invita a visitare il suo regno. Tuttavia mentre si trovano li, il gruppetto si trova coinvolto in un conflitto fra le sirene ed una tribù rivale, che li ha allontanati dal loro pianeta natale migliaia di anni fa. Doraemon, Nobita e gli altri decidono di aiutare Sophia a trovare la leggendaria spada che può riportare la pace nei regni marini.