北海道・紋別の工事現場で巨大な化石が発見された。現場監督の後藤裕一は、化石についていた紋章を娘・若葉の土産にと持ち帰った。ところが、それは大昔、妖精のエリアスたちが宇宙怪獣デスギドラを閉じこめた封印だったのだ。封印が解かれたことを知ったインファント島のモルとロラは、デスギドラ復活を妨ごうと日本へ向かう。一方、ふたりの姉である魔女・ベルベラもデスギドラを自分の家来にするために、子分のガルガルを従えて日本をめざしていた。若葉が紋章を持っていることを知ったモルたちは、妹・若葉と母・真紀子を守るために勇気と知恵をふりしぼった大樹の協力を得ながらも、一足先に来ていたベルベラとの戦いに敗れてしまう。工事現場に向かったベルベラを追って、フェアリーたちは後藤家の人たちと一緒に北海道へ飛んだ。しかし、時すでに遅くベルベラによってデスギドラは呼び起こされ、復活してしまっていた。デスギドラを倒すには守護神モスラしかいないと考えたモルとロラは、インファント島からモスラを呼び寄せる。しかし、卵を生んだばかりのモスラは凶暴なデスギドラの前に苦戦を強いられた。その時、モルとロラは遠く離れたインファント島で卵が孵るのを感じとっていた。生まれたばかりの幼虫モスラは、親モスラを助けるために海を渡ってこようとしていたのである。日本に到着した幼虫モスラは、親モスラの危機を救うために果敢にもデスギドラに向かっていった。しかし、まだ成長しきっていない幼虫モスラは、デスギドラの敵ではなかった。幼虫モスラをかばった親モスラは命を落としてしまう。幼虫モスラは生まれ変わるために屋久島で繭をつくり、成虫に成長した。デスギドラも成長を遂げ、二匹はより激しい戦いを展開したが、モスラの力を信じるモルとロラ、そして地球の平和を願う後藤家の人々の祈りが通じ、モスラはデスギドラを倒すことに成功する。ベルベラから紋章を奪い返したモルとロラは、再び地底深くにデスギドラを封印するのだった。モスラは戦いによって廃墟となった大地に緑を甦らせると、モルとロラとともにインファント島に帰っていった。