スネ夫の家に遊びに行ったのび太は、スネ夫からフランスの最新高速列車TGVの鉄道模型を自慢される。のび太は家に帰り、悔し紛れにドラえもんに鉄道模型を出してくれと相談するが、ドラえもんは相手にしない。そこでのび太は藤子スタジオに電話をかけ、藤子不二雄の2人に「ぼくがヨーロッパの鉄道模型を買ってもらえる話を大至急作って下さい」とお願いする。藤本弘は困りはてるが、安孫子素雄は「作者が登場人物を甘やかしてどうするんだい。のび太くん、僕たちヨーロッパ旅行の準備で忙しいんだ」と突っぱねる。結局のび太は苦心して自分で模型を作るが、ジャイアンとしずかに見せようとしたところスネ夫に邪魔され、タケコプターで持ち上げたところをうっかり落としてあっさり壊れてしまう。のび太の努力を見たドラえもんは協力することにし、なんでも模型にする「オールメーカー」と、遠隔地の画像を見られる「千里眼」を出して、それをヨーロッパ旅行へ行く藤子のカメラにくっつけることを提案する。
のび太は改めて藤子スタジオに電話をかけるが、藤子は出かけた後だった。そこで行き先を聞き出し、「どこでもドア」でヨーク鉄道博物館（イギリス国立鉄道博物館）に先回りする。ドラえもんは「なんでもナレーター」を出し、旅先の解説をまかせる。ところがヨークについたものの、時差のせいで2人が博物館の車内のシートで寝ている間に、藤子が通り過ぎてしまう。「おくれカメラ」で藤子の到着を知った2人は、「風船ジェット」で次の目的地アムステルダムへ向かう。
「どこでもドア」で自分の家に帰って来た2人だが、のび太はビビちゃんに夢中。しかし藤子はあっさりビビちゃんと別れてしまったため、のび太はふてくされて昼寝してしまう。一方藤子はTGVに乗ってスイスへ向かう。ジュネーヴで列車を乗り換え、ベルナー・オーバーラントのユングフラウ鉄道でアルプス登山列車旅行を楽しむ。その間ふてくされていたのび太だったが、藤子がアルプスの頂上ユングフラウヨッホ駅でパリのビビちゃんとばったり再会するのを見て、飛び起きて喜び画面にかじりつく。