新入生歓迎会に際し、のび太の提案によって「西遊記」の劇をやることになった。孫悟空役をやりたかったのび太であったが、孫悟空役は出木杉に取られてしまい、実際の役は「村人その1」。セリフも「助けてくんろー!」の一言のみという、提案者とは思えない扱いだった。 孫悟空の存在を信じるのび太は、「本物に似ている人が孫悟空になるべきだ」と主張し、タイムマシンで7世紀のシルクロードへ向かう。そこでのび太そっくりの本物の孫悟空を目撃するが、誰も目撃談を信じない。仲間たちを連れ、再び唐へやって来たのび太だったが既に孫悟空はいない。仕方なくドラえもんのひみつ道具「ヒーローマシン」でのび太自ら孫悟空に成りすましたものの、調子に乗って結局ばれてしまった。のび太は、「ドラえもんの道具を使い放題」という無茶な約束に従わざるを得なくなり、ジャイアンが高笑いしながらタイムマシンを操縦する中、のび太とドラえもんは喧嘩になってしまうのだった。 落胆して現代に帰ったところ、なんとのび太の家族も知人もみんな妖怪になっており、現代は妖怪の世界と化していた。原因は唐の時代でヒーローマシンを使った際、マシンから妖怪たちが飛び出し、現実世界を荒らして三蔵法師を殺し、人類を滅ぼして人間に成り代ったため。 パラレルワールドになってしまった歴史を元に戻すには、唐の時代へ戻って妖怪たちを一匹残らず倒すしかない。本物の三蔵法師一行には、じわじわと妖怪たちの手が忍び寄る。5人は妖怪退治のため、ヒーローマシンで悟空や猪八戒に変身し、再び唐の時代へ向かう。