ひろしはしんのすけを連れてロボットアニメを見に行く。しかし帰る途中でギックリ腰に。家に帰っても治りそうにない。やるべき家事は溜まっている。思い切って病院に行くが日曜休診。帰る途中でアンケートの女性の勧誘、ひろしは女性の薦めるままエステ治療へ。ひろしは眠らされる。帰宅する体が軽い。だが怯えるみさえ、ひろしはロボットに改造されていた。みさえは警察に乗り込み謎のエステについての捜査を依頼。担当に婦警が付くがさすがに見つけられない。先の女性は「亭主関白」を掲げる組織の一員で一家の動向を監視。みさえとしんのすけは幼稚園の行事で親子同伴でドデカシティに社会科見学。全てがオートメ化された街。しんのすけ達はエスカレーターに乗るが危険を感じ逆行。子供達は転落するが後をついてきたロボ父ちゃんが子供達を助ける。ひろしや一家はロボ父ちゃんに慣れる。ロボ父ちゃんである腰を隠して出勤。エネルギッシュな仕事ぶりに周囲も称賛。全ては「頑固親父の会」による策略。ロボ父ちゃんは灯油をエネルギーとするが料理の腕は抜群。先の女性はしんのすけに髭を与えお父さんにあげるようにと。しんのすけはロボ父ちゃんに髭をあげるとロボ父ちゃんは変身し、父親こそ一家の主と主張。みさえらを服属させ、ロボ父ちゃんは町中に父親の復権を主張し公園から今まで追い出されていたす母親らを追い出す。そして父親同盟を結成し町中を行進。ロボ父ちゃんの髭さえ取ればロボ父ちゃんの性格は変わる、としんのすけらの企み。髭を摂られたロボ父ちゃんは壊れる。そしてロボ父ちゃんを造った老人は自ら総裁として父親同盟を指揮し市役所を占拠へ。壊れたロボ父ちゃんはスクラップにされ熔鉱炉にベルトコンベアで運ばれる。しんのすけはロボ父ちゃんの頭部のみ助け出す。と手術室へ。と生身のひろしが現れる。ロボットはひろしの記憶をコピーしたものだった。総裁の部下の研究者はロボットとひろしを捕らえようとするが、市役所を占拠する父親同盟に向かうみさえを救いに行く。ロボ父ちゃんと総裁との対決。ロボ父ちゃんは総裁を倒す。総裁もロボットだった。みさえは生身のひろしに抱き付く。父親同盟は自然解散。野原一家は揃うが、ひろしとロボ父ちゃんが自分こそひろしだと争う。突然、野原家を警察署長が現れ逮捕を告げる。君達の犯罪は国家反乱罪で全員死刑と署長は野原一家に告げる。先の頑固親父同盟総裁・鉄拳寺恫喝は実は警察署長の作ったロボット、だが署長も妻に虐げられて来た過去、しんのすけは格好悪い、と叫ぶ。まずお仕置きとしてロボ父ちゃんの人格消去、その上でしんのすけの罰として、しんのすけにピーマンを食べさせる、ロボ父ちゃんの仕事だが、しんのすけは食べ尽くし、ごちそうさま、の言葉でロボ父ちゃんの記憶が蘇る。野原一家とロボ父ちゃん、署長と手下とのバトル、地下から空中に脱出、とつとつと野原一家の前に巨大コロッケ・ロボットが現れる。そして踏み潰そうとするが、ひろしロボットにしんのすけが灯油を補給、巨大ひろしロボットが対決、これがしんのすけならと巨大な尻がロボットを追い詰める。戦闘後の廃墟、署長は部下の婦警に自分の罪は？の質問に、人の心を持て遊んだ事と告げる。ロボ父ちゃんはひろしと腕相撲、ロボ父ちゃんは敗れ壊れる。どちらも父ちゃんだ、としんのすけ。俺は本当の父ちゃんでなかった、大きくなれよ、とひろしはしんのすけに、もっともっと大きくなる、としんのすけ。