ある日突然、富士火山帯の活動で日本列島は揺らいだが、この地殻変動によって、一匹の大怪獣が出現し、ギャオスと名付けられた。ギャオスは怒ると、口から強力な超音波を発し、物質の構造を破壊する力を持っている。そのため、自衛隊のジェット機も落され、戦車も大きな翼で吹き飛ばされてしまい被害は益々大きくなっていた。その頃、高速道路建設にあたっていた堤志郎は工事が始っても用地買収に応じない金丸辰衛門に手こずっていたが、ギャオスの出現で工事を中断せざるを得なかった。しかし、辰衛門の息子英一少年が、ギャオスが夜行性怪獣であることを発見したことから、六百燭光もある対ゲリラ戦用のＡＧＩＬ照明弾を使うことになった。ところが、明るさを嫌ったギャオスは名古屋市に飛んでくると、名古屋城を破壊し、一帯は火の海となった。そこへ現われたのが炎を好むガメラである。忽ち、すさまじい大怪獣同士の決闘となった。しかし、首の回転がきかないギャオスは決闘の場が海上に移ると全く形勢不利になり、からくもガメラをふり切って逃げ去った。一方ギャオス対策本部は、ギャオスの好物である人間の血液と同じ液体をホテルのラウンジに置いてギャオスを誘い寄せ高速で回転するラウンジにギャオスを釘づけにして日の出を待とうと計画した。ギャオスの細胞が紫外線によって壊れることが分ったからである。しかし、それも電力不足で失敗。最後に、山火事を起してガメラを呼び、ギャオスと対決させることになった。ギャオスは炎を求めて、飛来したガメラと、空いっぱいに戦いを繰り展げたが、ついにガメラに敗れ去り、火口の中に突き落されたのだった。