Nobita Nobi, der schulisch schwache und körperlich ungeschickte Grundschüler, treibt die Handlung von "Doraemon: Was bin ich für Momotaro" voran, als seine Neugier auf ein historisches Foto, das der Momotaro-Legende ähnelt, eine Zeitreise-Untersuchung mit Doraemon und Freunden auslöst. Während des Abenteuers im feudalen Japan stolpert Nobita ungeschickt und fällt beim Betreten von Doraemons Pfirsich-U-Boot über Bord, wodurch er seine nassen Kleider im U-Boot ausziehen muss. Von der Gruppe getrennt, wird sein U-Boot von einem alten Ehepaar entdeckt, das ihn aus einem riesigen Pfirsich auftauchen sieht und ihn als Momotaro-Figur wahrnimmt. Suneo, Gian und Shizuka essen Tierverwandlungskekse und werden jeweils zu einem Hund, einem Affen und einem Fasan. Sie treffen sich mit Nobita und festigen so ihre Rollen als Momotaros tierische Begleiter. Die Untersuchung enthüllt, dass der gefürchtete "Oni" auf der Teufelsinsel eigentlich ein gestrandeter niederländischer Seemann ist, der zum Überleben als Dämon maskieren musste. Nobita zeigt Mitgefühl für die Lage des Seemanns. Die unbeabsichtigten Handlungen der Gruppe in der Vergangenheit erschaffen die Momotaro-Legende selbst: Nobita wird zum legendären Momotaro, seine Freunde inspirieren die tierischen Begleiter, und die erfundene Oni-Persona des niederländischen Seemanns bildet den Antagonisten des Mythos. Das Foto, das ihre Untersuchung auslöste, zeigt tatsächlich Nobita als Momotaro mit seinen verwandelten Freunden, wodurch eine geschlossene Zeitschleife entsteht. Der niederländische Gelehrte, der dieses Foto in Nobitas Zeit erforscht, entpuppt sich als Nachkomme des getroffenen Seemanns, was eine Identical Grandson-Verbindung herstellt. Nobitas Teilnahme löst das historische Rätsel und zeigt seine gelegentliche Fähigkeit zu unbeabsichtigter Heldentat durch Mitgefühl.