フランケンシュタインの怪獣東京湾に出現の報は、全世界を恐怖のどん底に陥し入れた。以前、京都のスチュアート研究所はフランケンの不死身の心臓から新しい人造フランケンを作ることに成功した。しかしどうした訳かフランケンは逃げ出し、琵琶湖附近で消息を断っていた。研究所につめかけた記者団に対して、スチュアート博士や助手の雄三、あけみは、彼が人間に無害であり、また海にいるとは考えられないと、懸命に答えていた矢先、今度は谷川岳に怪獣が現われた。巨大な足跡を調査してみると、それが逃げたフランケンのものと判明した。そんな時またもや東京湾にフランケンが出て暴れ回っていた。博士ら三人は海藻の附着したウロコ状の体をした怪獣が山中湖へ向かうのを見て、怪獣が海と山に二匹いることを認めた。早速防衛庁に対策本部が置かれ、世界各国の科学者は討論の末「海の怪獣は山のフランケンが研究所を逃げて琵琶湖に行き、湖底の岩で躓いて足の肉をそぎとられ、その肉片が蛋白質の豊富なプランクトンを栄養源として成長し、それが海に流れて怪獣となった」と結論した。人々はいつしか山の怪獣を“サンダ”、海の怪獣を“ガイラ”と呼ぶようになった。科学者たちは山中湖で暴れるガイラを、今世紀最大の新兵器といわれる原子力放射のメーサー機（殺獣光線機）で細胞もろとも死滅させる作戦を展開した。ヘリコプター、ナパーム弾でガイラを谷川岳に追い込んだ時、山の中から松カサ状の体をした怪獣サンダが現われ、ガイラをしきりに説得した。狂暴なガイラも優しい心のサンダに従っていったん温和しくなったが、メーサー機の攻撃に怒ると、サンダに頭突きを浴せて東京へ逃げた。やっと追いついたサンダは涙を流して破壊をやめるよう言い聞かせたが、ガイラは応ぜず、凄絶な決闘となった。サンダは海水にひたって力を増したガイラに苦戦しながら、彼を東京湾外へ押し出して行った。その時、海底火山が爆発し、大音響とともに二匹の怪獣は姿を消し、再び現われなかった。