Nobita’nın büyükannesi torunun okulu bitirip sonunda da güzel bir bayanla evlendiğini görmeyi çok istemektedir. Ancak Nobita zamanında büyükannesine gereken ilgiyi gösterememiştir ve artık büyükannesi için de çok geçtir. Yaptığı hatayı anlayan ve bunu telafi etmek isteyen Nobita yeniden bir zaman yolculuğuna hazırlanır.
Nobita ve Doraemon yeniden geçmişe yolculuk yapmak için hazırlanırlar. Yolculukları sırasında hale hazırda tanıdıkları herkesin gençlik hallerini de gören Nobita ve Doraemon büyükannenin son dileğini yerine getirmek için büyük bir mücadeleye girişirler. Çünkü geçmişteki kişilikleri ile şu andaki kişilikleri arasında çok fazla fark vardır ve hiçbir şey Nobita’nın düşündüğü gibi değildir. Nobita ve Doraemon geleceklerini garanti almak ve büyükannenin isteklerini yerine getirdiklerinden emin olmak isterken bir yandan da birçok sorunun da nedeni olacaklardır.
Stand by Me Doraemon isimli ilk filmin devamı olan 4k formatındaki Stand by Me Doraemon 2 filminde Takashi Yamazaki ile Ryuichi Yagi isimleri yapımın yönetmenliğini üstlenen ekiptir. Wasabi Mizuta ve Megumi Ohara ise Doraemon ve Nobita’ ya sesleri ile hayat veren isimlerdir.