夏休みの課題で、しずかちゃんたちと渡り鳥の研究をしていたのび太は、裏山で鳥人間・グースケと出会い、彼の住む鳥人間の世界“バードピア“に迷い込んでしまう。そこは、人間世界で傷ついた鳥たちが羽根を休めに来る鳥と鳥人間のパラダイスだった。さて、ドラえもんの“バードキャップ“で鳥人間の仲間になったのび太たちは、“渡り鳥パトロール隊“の入隊テスト“イカロスレース“に出場することになる。果たして、過酷なレースを制したのはグースケとライヴァルのツバクロウ。ところが、幼い頃に空から落ちた記憶がトラウマとなり、自分の翼で飛べず人力飛行機・スノーグース号で参加していたグースケは、カラス警備隊長官・ジーグリードによって失格にされる。ショックのあまり、落ち込むグースケ。だがそんな矢先、ララアト山の竜の谷に眠る強大な力“フェニキア“の研究をしていたホウ博士が、ジーグリードによって誘拐されてしまった。かつて心ない人間に撃たれ人間を恨むようになったジーグリードは、フェニキアのパワーを使ってバードピアと人間世界を我が物にしようと企んでいたのだ。その悪巧みを知ったドラえもんたちは、グースケの案内で今は監獄島に閉じこもっている伝説の鳥人・イカロスの助けを借りることに。そして、ジーグリードを追って竜の谷へやって来た彼らは、鳥人間が23世紀の科学者・鳥野博士によって作り出されたことを知るが、その時、ジーグリードが怪獣・フェニキアを蘇らせてしまった。大暴れするフェニキアを退治すべく、奮闘するドラえもんたち。壮絶な戦いの末、彼らはまだ誰も登ったことのない“とまり木“の頂上にある鳥野博士のタイムマシンでフェニキアを別の世界へ送ることに成功する。そして、この冒険の中で自分の力で飛べるようになったグースケと再会を約束したドラえもんたちは、自分たちの世界へ帰って行くのであった。