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。

一艘隶属美国的核潜艇在关岛附近消失，后经日本方面证实该潜艇已因事故遇难，而防卫军在调查过程中竟然还在海底发现巨大生物的存在。与此同时，新泻妙高山、鹿儿岛池田湖、小笠原诸岛等地接连发生强烈的地震和人员伤亡事件，关于50年前那头大闹日本的哥斯拉的恐怖记忆相继在人们的脑中复苏。
BS电视台女记者立花由里（新山千春 饰）近期正与同事调查接二连三的怪兽事件，从一个神秘老人的口中得知，所谓哥斯拉其实是太平洋战争中丧生的人们的冤魂聚集而成的怪兽，核潜艇事故引起的核泄漏似乎意外将哥斯拉唤醒。与它一同苏醒的还有被称为护国神兽的巴拉哥、摩斯拉、基多拉。日本本土面临空前的灾难……

接續前作“哥吉拉X機械哥吉拉”的故事，一年前與哥吉拉（Godzilla）的決戰，機龍（機械哥吉拉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：人類用哥吉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，太平洋又出現哥吉拉的影蹤…
2004年是哥吉拉登上大銀幕的50週年，上一部作品“哥吉拉X機械哥吉拉”中，以1954年第一代哥吉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，哥吉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。一直守護著摩斯拉與小美人的語言學者中條信一，將這個任務交棒給他在機龍維修隊任職的外甥義人，或許能感受到哥吉拉系列電影的歷史承傳吧！
關於精彩的戰鬥場面，象徵東京的名勝如國會議事堂與東京鐵塔等都被如數破壞，與之前的作品相較其迫力有過之而無不及。特效方面更不在話下，電影裡人與人之間的感情關連也是值得一看的地方。義人內心的糾葛，與操作員之間的對立等等複雜的感情也有許多深刻描寫。

Bill Marks（利亚姆·尼森 Liam Neeson 饰）是一名空警，奉命在一架飞往伦敦的飞机上执行安保任务。在飞行途中，他收到一个未知号码发来的短信，发短信的人对他的一切举动了如指掌，并且要求他向一个秘密账户转账1.5亿美元，否则就会每隔20分钟杀死一名航班上的乘客。Bill意识到事态的严重性，在空姐Nancy（米歇尔·道克瑞 Michelle Dockery 饰）、乘客Jen（朱丽安·摩尔 Julianne Moore 饰）的协助下，试图找出这个发短信的人。但是事情的进展却远远超出了他的意料，本来想拯救众人的Bill，却意外导致了几个人的死亡，他也被其他乘客当作一个劫机犯。Bill是否能够力挽狂澜，即拯救机上的乘客，又洗脱自己身上的罪名？