《蜡笔小新：决一胜负！逆袭的机器人爸爸》讲述了小新一家在平凡生活中遇到意外机遇的故事。影片围绕小新和他的家人展开，背景设定在现代都市，充满了科技感与日常趣味交织的氛围。
故事起因于爸爸野原广志因一次意外遭遇伤害，为了帮他恢复健康，科学家团队制造了一台高智能机器人爸爸，用以代替真正的广志照顾家庭。然而，机器人爸爸虽然功能强大，却缺乏人类的情感与温度，引发了小新和家人对于机器与人心的深刻思考。
随着情节推进，机器人爸爸在日常生活中逐渐展现出与众不同的能力，但也因为无法完全理解人的情感而不断发生滑稽冲突。关键转折点出现在机器人爸爸遭遇技术故障，导致家庭生活陷入混乱。最终，小新一家通过合作，帮助机器人爸爸修复系统，也让科技与亲情实现融合。
影片高潮部分，小新和机器人爸爸一起面对来自外部的挑战，通过勇敢与智慧成功化解危机。结局温馨感人，广志爸爸康复归来，机器人爸爸也成为了家庭不可或缺的一部分，展现了亲情、勇气与科技共存的美好画面。