ドラえもんの誕生日の前日、パパとママが親せきの結婚式のために泊まりで留守にするのを利用して、のび太はドラミに協力してもらい、みんなでドラえもんの誕生パーティー会場へと出かける計画を立てていた。 その夜、のび太の家に集合したしずか、ジャイアン、スネ夫、そしてドラえもんの手には、「ミステリートレイン」と書かれたのび太手作りの切符が。ドラミがどんなものでも列車になるという『ＤＸ（デラックス）列車セット』をのび太の机の上にセットすると、家に車輪が付き、のび太の家が“のび太特急”へと大変身したからビックリ！ 車掌兼運転士指導員（しゃしょうけんうんてんししどういん）のヒツジも出現し、のび太はヒツジの指導のもと、運転士となってのび太特急を発車させる。すると、のび太特急は道路を進み、さらに普通の線路へと乗り込んでいく。そして“トレインモード”に切り替えると、なんと家が変形し、３両編成に早変わり！ のび太の運転により、のび太特急が順調に線路を走る一方、車内では、ドラえもん、しずか、ジャイアン、スネ夫が『列車用すごろくセット』で大盛り上がりしていた。ところがその途中で、のび太特急は未来から来た謎のトレインハンター“モサロ”とその仲間“ノッチ”と“ワッチ”にうばわれてしまう！ しかも、車内にはドラえもん、しずか、ジャイアンの３人が乗ったまま…。 のび太はみんなを助けるため、大事な野比家を取り返すため、ヒツジと共にのび太特急の行方を探すが…！？