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インカ帝国の遺跡マチュピチュを訪れた冬樹とケロロ小隊。オカルト好きの冬樹は大喜びだが、ケロロの頭の中は地球(ペコポン)侵略のことでいっぱいだ。彼らはそこで迷路のような遺跡を発見するが、トラップに引っかかり脱出を余儀なくされる。そんな中、冬樹は一瞬、迷路の中にたたずむ一人の少女を見かける。少女の謎を抱えたまま東京に帰った冬樹とケロロたちの前に、最強の敵が現れる。姿はケロロとそっくりだが、ケロロと違って迅速かつ冷徹に地球(ペコポン)侵略を企てる“ダークケロロ”だ。彼はシヴァヴァ、ドルル、ミルルという優秀な部下たちを引き連れ、世界各地で侵略を開始する。それを迎え撃つケロロ小隊の運命は!?