宇宙の彼方ケロン星から4人の部下を連れて、“ペコポン”と呼ぶ地球の侵略にやってきたケロロ軍曹（渡辺久美子）。だが、いつも侵略どころか、うっかり地球の危機を救ってばかり。ここ最近も、相変わらずくだらない侵略作戦を実行しては冬樹（川上とも子）や夏美（斉藤千和）たちに邪魔される日々を繰り返していた。そんなある日、謎の巨大物体“竜のしっぽ”が世界中に突如出現。 その正体を探るため、ニューヨーク、パリ、シドニー、タンザニア、奥東京市で活動開始するケロロ小隊。しかし小隊のメンバー、タママ二等兵（小桜エツ子）がパリで行方不明になってしまう。その消息を追うケロロたちは、フランスが誇る神秘の世界遺産モン・サン・ミシェルに辿り着く。そこで出会ったのは、謎の少女・シオン（水樹奈々）。彼女の持つ“竜の書”の不思議な力により、次々と凶暴なドラゴンへと姿を変えられてしまうケロロ小隊。強大なパワーを持つドラゴンになったケロロは、その力をいよいよ侵略に使ってしまうのか? それとも……。