タイトルになっているアクション仮面は、しんのすけが憧れている正義のヒーロー。
小さい男の子が憧れる特撮ヒーローですね！
でも実はその正体は、別次元で活躍する正真正銘の超人なのだそう。
別次元に実在しているというところは、子供の夢を壊さない設定になっていると言えますよね。
そして、アクション仮面と敵対関係にあるハイグレ魔王も、別次元に存在する宇宙人。
本次元である地球にやってきて、侵略を目論む悪者です。
映画はこのハイグレ魔王が、テレビ収録中のアクション仮面を爆弾で負傷させ、アクションストーンを奪うところから展開していくようです。
この時、しんのすけは幼稚園の夏休み。
母親であるみさえと買い物に出かけた途中、古びた怪しげな駄菓子屋で、アクション仮面カードが付録になっているチョコビを買ってもらいます。
そして当たったのはなんと、ゴールドに光り輝く幻のカードNo.99！
数日後、しんのすけ家族は海に遊びに出かけます。
だけど渋滞に巻き込まれて我慢出来なくなった父ひろしは、細い路地に入って近道することを試みます。
そして運よく海にでますが、なんだか様子がおかしい…。
そこには“アクション仮面アトラクション・ランド”が！
そしてそこでは、幻のカードNo.99が入場券代わりになるのです。
そして一家は、“時空移動マシン北春日部6号”というアトラクションに乗ることに…。
不思議な体験をしたしんのすけ達は、翌日奇妙な出来事に直面することになります。
新聞には「早く来てくれアクション仮面」という見出しが並んでおり、朝出勤しようと出かけた父ひろしは、町中の人がハイグレ水着姿になっているのを目撃するのです。
慌てて家族の元に舞い戻ってきたひろし。
するとその一家の元に、北春日部博士と助手の桜リリ子が現れるのです。
TVでは、ハイグレ水着姿になって「ハイグレ！ハイグレ！」と、連呼しながらコマネチポーズをとり続ける人々の姿がニュースになっている。
リリ子によると、1週間前からこの状況が起きているという。
ハイグレ魔王がハイグレ光線で、人々をハイグレ人間に変えてしまったのだというのです。
すでに東京は制圧され、支配地域は近隣にも及び始めていたのです。
状況を呑み込めないしんのすけたち。
それもそのはず…実は、前日に乗った時空マシンで、野原一家は別次元に来ていたのです。
しんのすけが手にしたNo.99のカードは、その別次元で起こっている事態の手助けをする、アクション戦士を選ぶために用意されたものでした。
つまりしんのすけは、アクション戦士に選ばれたということになるのです。
ハイグレ魔王の侵略をを止めるためには、アクション仮面を呼び戻さなければなりません。
ですがアクションストーンを奪われてしまったせいで、アクション仮面は時空の移動が出来なくなっていました。
しかも北春日部博士が持っていた予備のアクションストーンは、飴と間違えてしんのすけが食べてしまい、アクション仮面を呼び戻すことも、しんのすけたちが元の世界に戻ることも出来なくなってしまったのです。
とりあえず、幼稚園バスで北春日部博士の秘密研究所に避難することになったしんのすけたち。
だけどそこには、ハイグレ人間となってスパイとなったまつざか先生（しんのすけの幼稚園の先生）が乗っていて、研究所の場所が敵に知られてしまうのです。
そしてしんのすけ・母みさえ・リリ子・シロ（ペット）以外の皆は、ついにハイグレ人間にされてしまいます。
途方に暮れるしんのすけ達。
だけどリリ子は、ひとつだけ方法があると言う。
ハイグレ魔王の宇宙船が停まっている新宿は、時空を繋ぐ入口だと言うのです。
そこにアクションストーンを持っていけば、アクション仮面を呼び戻すことが出来るのです。
それを聞いたしんのすけは、アクション仮面を呼び戻す為、No.99のカードで現れたスーパー三輪車で、シロと共に新宿を目指すことになります。