オープニングは例年通りの石田卓也氏による粘土アニメで「キミに100パーセント」が流れます。その後、野原家の朝となります。テレビで、春日部で開催中の「B級グルメカーニバル」の中継映像が流れています。アクション仮面が「ソースの健の焼きそば」を食べて敵を倒す場面が映り、見ていたしんのすけも行って焼きそばを食べたがります。が、ひろしは仕事でみさえもひまわりの予防接種に行かないといけないとかで無理なようです。

ところ変わって幼稚園にて、ネネちゃんがB級グルメカーニバルに行ってきたという話になります。駅からバスで1本だとのことで、幼稚園の後で防衛隊5人だけで行こうという話になります。風間君は子どもだけで行くということに賛同しかねる感じではありましたが、結局みんなに引きずられる形になります。

その頃のB級グルメカーニバル会場では、A級グルメ機構という組織の飛行船が上空に現れ、最高責任者のグルメッポーイと名乗る人物がB級グルメを追い出してA級グルメカーニバルに変えると宣言しました。A級グルメ機構のメンバーが乗り込み、次々とB級グルメ側を追い出して行ってしまいます。そんな中、ソースの健は秘伝のソースがあれば何とかなると、電話をかけました。電話の相手は紅子という女性で、カーニバル会場にソースを持ってきてほしいと依頼しました。紅子はソースを運ぼうとしますがA級グルメ機構に追われることになりました。

しんのすけが幼稚園から帰宅すると、みさえはひまわりの予防接種に行っているとの書置きが残っていました。ちょうどいいとのことで、シロを連れて防衛隊の待ち合わせ場所に行きました。全員が集合し、いよいよ出発です。
防衛隊がバス乗り場に向かう途中、ソースを持った紅子と遭遇しました。防衛隊がB級グルメカーニバルに行くと知った紅子は、ソースを防衛隊に託すことに決めます。その直後、紅子はブタを連れた人物に追い詰められて囚われてしまいます。

防衛隊はソースの入った壺を持ってバス乗り場に到着しました。が、みんながトイレに行っているうちにB級グルメ会場行きのバスが発車して入れ替わりに別のバスが乗り場に到着します。防衛隊のみんなは別のバスになっていることに気がつかずに乗り込んでしまいました。その結果、バスはカーニバル会場には行かずにのどかな山間部の農村地帯にやってきて、防衛隊はそこでバスを降りることになりました。帰りのバスは夜8時までやってこないようで、途方に暮れることになってしまいました。

同じ頃、グルメッポ−イの指示により、キャビアという女性が防衛隊のもとに向かい、巧みに車に乗せます。そのままカーニバル会場に向かおうとしますが、食べ物のキャビアを防衛隊が雑に扱うため混乱し、マヨネーズに邪魔され車の運転が乱れて川に落ちてしまいます。この混乱のすきに防衛隊は逃げ出し、山道を歩きました。途中で古い橋を渡らねばならないところがありましたが、そこに相撲取りのような人物が現れます。フォアグラ錦という、A級グルメ機構の人物でした。フォアグラ錦の重みで橋は壊れてしまいますが、防衛隊は間一髪対岸に渡ることができました。一方フォアグラ錦は川に落ちてしまい、防衛隊はさらに先へ進むことに。

防衛隊はさらに歩いていると、温泉を見つけます。さらに、なぜか温泉の横にトリュフを添えたオムレツがありました。空腹の防衛隊メンバーはオムレツを食べようとしますが、取り合いになった末にオムレツは温泉に落ちてしまいました。さらにそこに、ブタを連れた人物が現れます。トリュフと名乗る人物と、連れていたブタのピギーちゃん（7匹）に迫られますが、どうにか防衛隊は逃げ出しました。

みさえはしんのすけとシロがいなくなっているので、散歩にでも行ったかと探しに行きますが、見つかりません。そこに風間ママから電話が。風間君が書き置きを残しており、B級グルメカーニバルに行ったとのことでみさえと風間ママもカーニバル会場に向かうことに。ところがカーニバル会場に着いたら様子が大きく変わっており、みさえはB級の服装なので会場に入れさせてもらえないという事態に。仕方なくみさえは着替え、ひろしも合流して会場に入ることに。

その後、グルメッポーイは直接飛行船を操縦し、防衛隊のみんなのいるところへ向かいました。そして、A級お子様ランチを用意して防衛隊を誘い、飛行船に連れ込みました。グルメッポーイがソースを出すように防衛隊に迫りますが、ソースはシロとともに地上に置いてきたようです。しんのすけが持っていたチョコビを差し出すもぞんざいに扱われて囚われそうになったために逃亡します。飛行船からは逃げられないと余裕のグルメッポーイでしたが、防衛隊はヘリコプターのような脱出用乗り物を見つけて乗り込み、適当に操縦して脱出しました。ところがあまりにも適当な操縦だったため、壊れて操縦不能になってしまいます。搭載されていたパラシュートでなんとか地上に降り立つことができました。

防衛隊は夜が近づいたため、寝る場所を確保して一夜を過ごします。みさえたちはA級グルメ機構に囚われ、牢屋に入れられることに。そこで同じ牢屋に入れられていた紅子と会い、ソースの事情を知ることになります。子どもにそんな大事なものを渡すなどあり得ないと押し問答になり、騒ぎを聞いたA級グルメ機構の監視員がやってきます。そこにひろしがはきっぱなしの靴下で攻撃し、監視員を失神させて牢屋の鍵を奪い、他に捕らえられていた大人たちを解放しました。
同じ頃グルメッポーイは、幼少時代にソースの健と会い、焼きそばに興味を持ったものの両親からとがめられて食べないままになっている過去を思い出していました。

翌朝、防衛隊はカーニバル会場が意外と近くにあるのを確認し、会場に向かいました。会場の大人たちも一致団結し、A級グルメ機構の構成員との肉弾戦に突入します。防衛隊は道中でキャビア・フォアグラ錦・トリュフに囲まれることになりますが、機転を利かして反撃してその場を乗り越えてカーニバル会場に到着します。

会場に着いた防衛隊はソースの健の店に向かい、ついにソースの健のもとに到着しました。ところが、グルメッポーイが現れてソースの健を捕まえ、ソースが入った壺を奪って中身を捨ててしまいました。…と思ったら、壺の中は空っぽになっていました。どういうことなのかというと、防衛隊がソースを各自が持っていた水筒に移していたのです。さらに、ソースの健が囚われているために防衛隊が焼きそばを作ることになります。

グルメッポーイが阻止をしようとしますが、防衛隊は協力して焼きそばを作り上げました。そしてしんのすけが、グルメッポーイに焼きそばを食べさせようとします。グルメッポーイはB級の食事なので最初食べようとしなかったものの、ソースのにおいや幼少時代の思い出もあり、ついには一口食べてしまいました。すると、グルメッポーイはおいしさに涙を流して感動するのでした。

エンディングでは、防衛隊のみんなが親と再会し、改心したグルメッポーイやA級グルメ機構のメンバーも協力してB級グルメカーニバル会場を元通りに復元する様子が描かれ、最後には疲れて眠ってしまったしんのすけを連れた野原一家が家に帰るところで終了となります（作品時間1時間36分）。