星座にくわしい出木杉くんを前に、“星座”を“正座”とカン違いしてみんなに笑われてしまい、くやしくて仕方のないのび太。見かねたドラえもんは、星座の伝説や神話を空に映し出してくれる上、スイッチを押すと、それぞれの星座のキャラクターが飛び出してきて、さらにくわしい情報を得ることができる『星座伝説シミュレーション』を取り出す。
その夜、のび太とドラえもんは『ゆめふうりん』を使い、寝ているみんなを裏山まで連れ出し、星の観察大会を開くことに。のび太は、出木杉くんに対抗するべく、なんでも勉強したように話すことができる『勉強しまシタ』をつけて、夏の星座を解説。しずかちゃんに感心され、大よろこびだ。
ところが、のび太が星座伝説シミュレーションの操作をまちがえたため、織り姫、彦星、ヘルクレスなど、夏の夜空に浮かぶ星座のキャラクターがぜんぶ飛び出し、バラバラに逃げ出してしまう！ ドラえもんたちは『星とりあみ』を手に、みんなで手分けして、星座たちを追いかけるが…！？