1999年，某個工具被卡車運出了館山市。幾天后，哥斯拉登陸了館山，特生自衛隊出動與之展開了苦戰。在戰斗中，自衛隊員家城茜（釈由美子 飾）意外害死了戰友葉山二尉（森末慎二 飾），自己卻僥幸活了下來，并被派去了資料科。另一方面，日本政府在柘植真智子首相（水野久美 飾）的指揮下，召集了湯原德光（宅麻伸 飾）等科學家開始研究對付哥斯拉的G火器。他們以在館山沖挖掘出來的初代哥斯拉骨骼為基礎，用了四年制成了機械哥斯拉——3式機龍。柘植首相辭職，由科學技術廳長官五十嵐隼人（中尾彬 飾）就任新首相。同時，茜被派去了機龍隊，擔任機龍的操作員。就在預備機龍測試機動時，哥斯拉又在東京灣出現了。機龍趕赴現場與哥斯拉對戰，卻因哥斯拉的吼聲叫醒了體內的野獸靈魂，突然暴走，在城市中造成了大破壞。為了改良機龍，湯原改變了機龍DNA計算機的堿構造，使機龍不會再受哥斯拉啼聲的干擾。但由于對再次暴走的擔憂，五十嵐遲遲不答應出念頭龍。哥斯拉再度出現在東京灣，一起無視特生自衛隊的攻擊來到了品川，令城市釀成了一片火海。面對如此情景，五十嵐終于贊成讓機龍出動。為了打敗哥斯拉，機龍被送到了品川。茜也抱著必死的覺悟。機龍和茜的戰斗就這樣開始了。