地上人に敵意を抱く海底王国が放った怪獣メガロとガイガンの脅威に対抗すべく、科学者の作ったロボットがゴジラと協力して死闘を繰り広げる様を描く特撮怪獣作品。
197X年、アリューシャン列島の外れの小島で第二回地下核爆発実験が行われ、その影響は遙か南方の怪獣島にまで及ぶ。期せずして北山湖に余暇を楽しみに来ていたロボット科学者の伊吹吾郎、親友で駆け出しのレースドライバーの陣川、伊吹の弟の六郎を、地下核爆発実験に起因する大地震が見舞う。間もなく、伊吹達は湖面が発光し、巨大な地割れが生じるのを目撃する。
難を逃れた伊吹達は湖を後にし、帰途に就く。その頃、伊吹の自宅内の研究室に二人組の男が侵入し、帰宅した伊吹達を退けて逃走する。陣川は直ちに二人組の車を追跡する。伊吹は研究室が酷く荒らされていながら、何も盗まれた形跡が無い理由を測りかねるが、完成間近の人型ロボットの足元に、奇妙な赤褐色の砂を見つける。陣川は二人組を取り逃がすと、研究室に戻る。陣川は二人組と争った際にもぎ取った背広のボタンと、砂の色が同じだと知り、地質研究所に成分分析を依頼する。程なく、砂が海底三千キロの物で、同じ砂がイースター島にある事が判明する。伊吹は二人組の正体と目的を測りかねる。
その後、伊吹は人型自動制御ロボットを完成させ、それを「ジェットジャガー」と命名する。二人組は研究室に盗聴器を仕掛けており、ロボットの完成を知ると、外で遊んでいた六郎を誘拐する。二人組は六郎を囮にして研究室に押し入ると、伊吹と陣川を睡眠銃で眠らせ、シートピア海底王国のアントニオ司令に研究室の制圧を報告する。シートピアは300万年前に太平洋に沈んだレムリア大陸の文明を継承し、平和を維持してきたが、地上人の無謀な核実験により甚大な被害を受けた事で、地上人に敵意を抱き、シートピアを守る為に戦う決心をしたのである。アントニオは昆虫怪獣メガロを覚醒させ、地上へ送り込む。
男の一人は、伊吹と六郎をコンテナに監禁すると、シートピアに連行する為に、トラックの運転手を唆して北山湖の地割れへと移送する。研究室の男は陣川を縄で縛り付けると、ジェットジャガーをメガロの攻撃目標への案内役にする為に北山湖へと向かわせる。陣川は伊吹達を連れ去った目的を男に問い質す。男はレムリア大陸が海底に陥没した時、気泡の中にいて滅亡を免れ、酸素や人工太陽を作り、シートピア海底王国を築き上げた事、地上人より遙かに優れた科学力を有しているものの、人工が少ない為に、平和を脅かす敵を防ぐためにロボットが数多く必要である事を明かすと、それ故に伊吹をシートピアへ連行する目論見を説く。陣川は拘束を自ら解くと、コンテナを探しに行く。男は直ちに地上の仲間に陣川の追跡を命じるが、陣川は巧みな運転で追手を躱し、先を急ぐ。
間もなく、北山湖の地割れからメガロが出現する。男に操られるジェットジャガーはメガロに東京を攻撃させるべく誘導を開始する。防衛隊はメガロを迎え撃つべく、直ちに出動する。一方、トラック運転手はメガロに恐れをなし、不意を突いて男を車から押し出すと、コンテナをダムに捨てようとする。メガロはダムを破壊し、コンテナに迫る。そこへ陣川が駆け付けると、運転手は逃走する。陣川は辛うじて伊吹と六郎を救出する。
伊吹はコンピューター操作が不能になった時に備えて作っておいた、超音波で操作する小型装置を使おうとするが、ジェットジャガーが見えない場所へ遠のき、機を逸する。間もなく、防衛隊により砲撃、ミサイル、メーサー光線を用いたメガロへの集中攻撃が始まる。メガロは角から発する光線で反撃に出る。
伊吹は防衛隊前線本部に駆け込むと、超音波による操作がコンピューターによる操作を優越する事を伝え、協力を要請する。伊吹はヘリでジェットジャガーに接近すると、超音波操作で、怪獣島に行ってゴジラを呼んでくる様に命じる。それを受け、研究室の男はアントニオに指示を仰ぐ。アントニオはロボットを支配下に置くチャンスを狙う様に男に命じると、M宇宙ハンター星に連絡し、ガイガンの応援を要請する。一方、案内役を失ったメガロは制御不能に陥る。そこへ航空隊が一斉に爆撃を開始するが、メガロはこれを退ける。
ジェットジャガーは怪獣島に到着すると、ゴジラにサインを送る。意図を理解したゴジラは本土へ向かうべく、海を渡る。メガロは東京を襲撃し、都市に甚大な被害をもたらす。陣川と六郎は研究室に戻ると、不意を突いて男を撃退する。そこへ伊吹も駆け付ける。その矢先にメガロが接近し、男は崩落に巻き込まれて死ぬ。
メガロは港湾施設を襲撃する。ジェットジャガーは一旦、研究室に戻ってくるが、伊吹の指示には応じず、再び飛び去る。伊吹はジェットジャガーが頭脳への何らかの刺激で意志を持ったのだと推測する。ジェットジャガーはメガロの前へ降り立つと巨大化し、メガロに戦いを挑む。
伊吹達はジェットジャガーの後を追い、メガロと戦う巨大化したジェットジャガーを目の当たりにする。伊吹は、ゴジラが来るまで自分が戦わねば、という気持ちがジェットジャガーを巨大化させたのだろうと推測する。メガロは地上と地底を自在に行き来する事でジェットジャガーを翻弄する。更にそこへガイガンが襲来する。二体は手を組む事でジェットジャガーを窮地に追いやる。
間もなく、ゴジラが駆け付け、ジェットジャガーを救うと、両者はメガロ、ガイガンと壮絶な死闘を繰り広げる。アントニオはメガロ達の敗色が濃厚と見るや、地熱エネルギー爆破隊に全地割れの閉鎖を命じる。ゴジラとジェットジャガーは連携プレーでメガロとガイガンを完膚なきまでに痛めつける。ガイガンは彼方の空に飛び去り、メガロは地割れに逃げ込む。地割れは爆破で閉鎖される。
ゴジラはジェットジャガーと固く握手を躱すと、怪獣島へ戻っていく。戦いの帰趨を見守った伊吹達はゴジラを見送る。ジェットジャガーは元の大きさに戻って伊吹達の前に戻ってくる。務めが終わった事で意志を失ったジェットジャガーは、伊吹の指示に従い、一緒に帰路に着く。
