はるか宇宙の彼方のスイカ星は、人口が増加しすぎて超満員。そこでスイカ星の支配者であるスイカ大王は、地球征服をたくらむ。まずはイヤミとチビ太を手下にして、食べた人たちを操ることができるスイカ菌入りのスペシャルスイカを町にばらまいた。スイカ星人に操られる町の人たち。そしてそれは、トト子ちゃんにまで……。
町の異変に気付いたデカパン博士は、ハタ坊と調査に乗り出すと、スイカ菌の弱点を発見。だがその時、巨大なスイカが地球を襲う。博士はおそ松たちと地球防衛隊を結成、ニャロメを巨大化させたウルトラニャロメで対抗するが！？ 春休み恒例となっていた「東映まんがまつり」の１作として公開された、TVアニメ『おそ松くん』の劇場版アニメーション。