原始時代に到着した二人はジェロと名乗る未来人と出会い、未来の犯罪組織ジョーカー団が歴史を支配しようとしていることを聞く。ジョーカー団を倒すために協力した二人はジェロから恐竜の化石をもらい、現代へ戻ってスネ夫から四次元ポケットを取り戻す。しかしひみつ道具は使わないという約束を破っていたスネ夫は町中に道具を配ってしまっていた。ドラえもんたちは無くなったひみつ道具を取り戻しながら原始時代でジョーカー団に立ち向かう。捕まえたジョーカー団のメンバーよると組織は歴史を支配する力を持つ時の宝玉を狙っており、ジェロはジョーカー団の一員であるという。驚く一行はジェロを追いかけ西部開拓時代へと向かう。
西部開拓時代で再会したジェロはジョーカー団に操られており、ドラえもんたちを襲ってくる。戦いの末なんとか正気を取り戻したジェロだがそこへ彼の兄ニーモが現れ、この時代に眠っていた時の宝玉はジョーカー団が手に入れたことを告げる。ジョーカー団の罠でタイムパトロールに追われる身となるドラえもんたち。逃亡の最中、ジェロは自分がジョーカー団のボス・ダウトの息子で組織の幹部だったこと、ダウトの目的に疑問を持ち計画を阻止しようとしていたことを打ち明ける。四つある時の宝玉はすでに三つがダウトの手にあり、このままでは今ある歴史が消えて永遠の暗黒時代が続くという。表の顔は未来世界の大臣であるダウトの圧力によりタイムパトロールも動けない今、計画を止められるのは自分たちしかいない。ドラえもんたちは改めてジェロと協力しジョーカー団を倒すことを決める。
未来の国に到着した一行はダウトがいる大臣ビルへと侵入するが、ニーモと戦うことになる。敗北したニーモは罰としてダウトによって深い穴へ落とされ、ドラえもんたちもアトランティスへ飛ばされてしまう。アトランティスでポセイドンを倒し、最後の時の宝玉を手に入れた一行はタイムベルトで未来へ戻るが、そこは荒廃した世界だった。様々な時代にジョーカー団が干渉した結果、歴史が狂ってしまったのだ。ダウトを止めるため最終決戦を経て勝利する一行。しかしダウトはビルから転落し、狂った歴史もドラえもんの道具ではどうすることもできなかった。