東宝マークの後、なにやら宇宙船（ケツだけ星人たちが乗っています）のシーンから始まります。宇宙船に向かって大きな隕石が接近してきたため、爆弾を多数放出して隕石を粉々にして危機回避を行いました。ところが、爆弾のうちの1個が隕石から離れ、不発のまま宇宙空間を漂い、それが地球へと落ちていきました。

ここでオープニング、いろいろと物議をかもし出しているAKB48が歌っている「ユルユルでDE-O」が流れますが、ここはノーコメントで…。ちなみに石田卓也氏の粘土アニメは今年も健在です。さて、地球に落下した爆弾は沖縄本島付近に落下しました。ちょうど野原一家が、ひろしの勤続15周年ごほうびとして沖縄旅行に来ておりました。そこで、最初にシロが落下した爆弾を見つけます。しんのすけはそれを爆弾だと知らずにシロと遊んでいたのですが、シロのお尻に爆弾がくっついてしまうのです。

一方、国際宇宙監視センターという宇宙からの侵入者や侵入物を監視し、地球の平和と安全を守る国際組織（略称UNTI＝ウンツィ）が、沖縄で異常な物体が検知されたことをキャッチし、様々な分析を行った結果、それは地球を粉々にしてしまうほどの威力を持った爆弾だと判明、さっそく回収にあたることとします。

野原一家は沖縄から帰ろうとしますが、そこにUNTIの関係者が現れます。そしてシロを奪っていきました。当然野原一家は突然の出来事に戸惑いながらもシロを取り戻すべく追いかけます。ところが、そこにUNTIとはまた別の組織・ひなげし歌劇団というグループも現れました。こちらはUNTIの情報漏れを利用し、爆弾を入手したがっているような感じでした。

どうにかUNTIとひなげし歌劇団から逃れ、野原一家は羽田に戻ってきました。車で春日部に帰るところですが、そこに大きなデコトラが近づいてきました。何事かと思えば、現れたのはひなげし歌劇団です。しんのすけに、黄金のカンタムロボとシロを交換しないかと迫ってきます。しんのすけは黄金カンタムも欲しがりますが、それでもシロを渡すつもりはないようで、ここもどうにか振り切りました。

そして家に戻ってきた野原一家ですが、シロが異変を感じます。家の中にUNTIの人物が来ていました。UNTIの長官・時雨院時常という人物が事情を説明し、シロを譲ってくれないかと迫ってきました。シロのお尻についた爆弾は地球の技術とはまったく別の技術が使われていて取り外すことができないようで、それならばシロをロケットに乗せて地球にとって安全な場所まで飛ばしてしまうような計画を発表する時雨院です。ひろしもみさえも戸惑いますが、爆弾が爆発したら地球が粉々になってしまうことを考えればシロを譲るほうが妥当では…と考えるようになります。しかししんのすけは、シロは大事な家族の一員だから誰にも渡さないと叫び、シロを連れて家を飛び出しました。

しんのすけは途中で出会った防衛隊のみんなとも協力しつつ、UNTIの追っ手から逃げ続けます。しかし、降り出した雨に打たれて体力を消耗し、日が落ちる頃には意識が遠のいていきました。やがては河原の茂みで動けなくなってしまいました。そこに、シロの確保に執念を見せるUNTIがやってきて、とうとうシロはUNTIの手に渡ってしまうのでした。

そして、シロはロケットにくくりつけられて発射の時間を迎えるばかりの状態となっていました。しんのすけはその頃、UNTIの本部で救護を受けていたのですが、目を覚まします。そしてシロがロケットにくくりつけられていると知ると、しんのすけはそうすることを認めたひろしやみさえを激しく非難しました。そんなしんのすけの一途な気持ちに、ひろしやみさえも心を動かされました。こうして、一家でシロを助けに行くことにします。

変装なども使ってロケットまでの行き方を知った野原一家はロケットに向かいます。ところが、しんのすけがロケットにたどり着いたところでUNTIの抵抗、さらにはひなげし歌劇団の妨害もあり、ロケットへの連絡通路が破壊されてしまいます。こうして、しんのすけとシロ、そしてひなげし歌劇団の大総長・お駒夫人がロケットに取り残されて身動きが取れなくなってしまいました。

そんな状態でしたが、時雨院は冷酷でした。しんのすけやお駒夫人までもがロケットに乗せられてしまった状態だということを把握しながらも、12時ちょうどにロケットを打ち上げる計画を変更するつもりはないと繰り返し、そのままロケット打ち上げの準備を着々と進めていってしまい、ロケットのハッチが閉められてしまいました。野原一家は激怒しますが、時雨院は聞く耳を持ちません。途中でコンピュータがダウンするようなこともあったものの、全ては時雨院の計画通りに進んでいるようです。

ロケットの中ではみんなあせっていましたが、なぜか爆弾が膨らみ出し、そしてシロの体から外れました。しかしながら、ついに12時になってしまいます。ロケットは計画通りに打ち上げられました。その時、シロが排尿しました。すると、水分でショートが発生したのかロケットのハッチが開きました。これで脱出をというところでしたが、すでに富士山よりはるかに高い高度に達しています。それでもロケットから飛び降ります。たまたま、お駒夫人が身につけていたマントがパラシュート代わりになり、2人と1匹はゆっくりと降下し、下で見守っていたひろしたちのもとへと向かっていきました。

ひろしがしんのすけとシロを受け止め、ついにしんのすけとシロは奇跡の生還、野原一家がひとつになりました。お駒夫人もまた無事に着地しましたが、爆弾が膨らんだ際に顔を爆弾に押し付けられ、化粧が爆弾に写ってしまってスッピンのおばさん顔となっており、誰かわからない状態になってしまっているのでした。時雨院はすべて計画通りにいったと満足そうでしたが、ひろしがビンタを食らわせます。世の中そんなに計画通りになどいくものかと…なお、その際に時雨院は漏らしてしまった模様…