的场一佐(鹿贺丈史)等30名自卫队员, 因驻屯地事故而时间跳跃至战国时代1549年开始. 的场的原属下 - 鹿岛(江口洋介)与造成事故的神崎(铃木京香)为拯救的场一行, 也来到战国时代, 却发现的场想代替织田信长而改变历史

接續前作“哥斯拉X機械哥斯拉”的故事，一年前與哥斯拉的決戰，機龍（機械哥斯拉Mechagodzilla）受損程度37%，失去了右腕及終極武器-絕對零度炮。 維修組員中條義人（金子升）在八王子基地負責修復機龍的工作。某日中條在他叔叔信一的別墅家渡假時，嬰兒島的小美人精靈竟然出現在他們眼前。小美人給他們一個忠告：人類用哥斯拉骸骨製造出機龍是個嚴重的錯誤，如果出動機龍，摩斯拉就會變成人類的敵人。於是信一設法說服老友也是身為總理大臣的五十嵐，希望能中止機龍的計劃。但就在此時，太平洋又出現哥斯拉的影蹤… 2004年是哥吉拉登上大銀幕的50週年，上一部作品“哥斯拉X機械哥斯拉”中，以1954年第一代哥斯拉的骨骸做成的機龍首次登場，與哥吉拉展開熾熱的戰鬥。在這次，哥斯拉同類的戰爭終於接近尾聲。關鍵就在曾經襲擊過東京的摩斯拉與嬰兒島的小美人。一直守護著摩斯...

第三世界的外星人想要侵略地球，于是他们创造了机械哥吉拉来作为他们侵略地球的武器，可是地球的英雄哥吉拉以及传说中的守护神西撒王，为了地球人的和平及安全，勇敢的对抗恶势力。哥吉拉终于不负人类的期望，摧了机械哥吉拉，粉碎了外星人想占领地球的美梦，地球又恢复了和平。
（以下为条目初创人注）
我记得是人类制造了机械哥斯拉，以对抗哥斯拉，组织其暴行。可由于机械故障，初战击退哥斯拉的机械哥斯拉竟然不受控制，疯了！最终，不知何人（或者哥斯拉）使暴走的机械哥斯拉停了下来。
影片留给观众的思考，便是人类智慧创造出的高端产品，究竟是福还是祸。

哥斯拉破坏日本多年，〈G对策总部〉发明黑洞炮对付。但实验出意外，引来古代巨大昆虫超翔龙重现，并攻击哥斯拉。日本成了哥斯拉、超翔龙及人类三方的战场。

航空自卫队小松救难队队员川岛遥风（高山侑子饰）正驾驶着直升飞机UH-60J飞行在山岳地带的上空。川岛的母亲曾经被救难队所救，由此她十分向往这个崇高的职业，目前正在接受救难直升机驾驶员的实战训练。幸存者被救上飞机后，川岛急速上升，一不小心操控失误，机体发生了剧烈摇晃。队长菊田（三浦友和饰）怒喝一声，代替她坐上了驾驶位。
川岛悄然降落在小松基地，等待着她的是飞行班长鹰栖美那（木村佳乃饰）。救难队员濑南（渡边大饰）流露出对川岛的不信任感，而爱开玩笑的F-15J战斗机飞行员横须贺（金子贤饰）则热心地鼓励她。无论如何，第一个女救难直升机驾驶员总会引来人们的注目。
一艘渔船在暴风中触礁。川岛接到了她的首次任务，驾驶直升机的是机长早稻田（春田纯一饰），川岛在副驾驶席上负责导航和通讯。救难员柿崎（中村俊太饰）一个接一个的救起遇难渔民，然而在搜索最后一名遇难者时，直升机的染料达到了极限，必须返回。直升机渐渐远离现场，川岛看到一个满身油污的男子爬到了甲板上，她恳请机长靠近渔船，却被严厉地拒绝了。川岛眼看着那个身影被波浪吞噬……
第二天，陷入消沉的川岛独自抱膝坐在库房的门前。濑南来到她身边聊了起来，告诉她自己痛失亲人的遭遇以及救难工作的不易。不久后，濑南在一次任务中发生意外身受重伤。驾驶员织田（井坂俊哉饰）认为是自己的责任，而负责机务的碧（铃木圣奈饰）也自责不已。在伙伴们的鼓励下，他们又重新振作了起来。
一个月过去了，濑南伤愈归队，同时传出横须贺与碧订婚的消息，队里洋溢着欢乐的气氛。
警铃突然响起，小松救难队出动。横须贺驾驶的飞机在雷达上消失了，UH直升机投入了搜救行动。川岛临危受命代替受伤的机长驾驶飞机。染料即将达到极限，但依然没有发现横须贺的任何踪迹。川岛将做出怎样的抉择？！