承接前作《哥吉拉X機械哥吉拉》的剧情，一年前与哥吉拉（Godzilla）决战后，机龙（机械哥吉拉Mechagodzilla）受损程度达37%，失去了右腕和终极武器——绝对零度炮。维修组员中条义人在八王子基地负责机龙的修复工作。某天，中条在叔叔信一的别墅度假时，婴儿岛的小美人精灵突然现身。小美人给出忠告：人类用哥吉拉骸骨制造机龙是严重错误，若出动机龙，摩斯拉将成为人类的敌人。于是，信一设法说服身为总理大臣的老友五十岚，希望中止机龙计划。然而此时，太平洋又出现了哥吉拉的踪迹。 2004年是哥吉拉登上大银幕的50周年，上一部《哥吉拉X機械哥吉拉》中，以1954年第一代哥吉拉的骨骸制成的机龙首次登场，与哥吉拉展开激烈战斗。此次，哥吉拉同类间的战争接近尾声，关键在于曾袭击过东京的摩斯拉和婴儿岛的小美人。一直守护着摩斯拉……