1999年，某个东西被卡车运出了馆山市。几天后，哥斯拉登陆了馆山，特生自卫队出动与之展开了苦战。在战斗中，自卫队员家城茜（釈由美子 饰）意外害死了战友叶山二尉（森末慎二 饰），自己却侥幸活了下来，并被派去了资料科。 另一方面，日本政府在柘植真智子首相（水野久美 饰）的指挥下，召集了汤原德光（宅麻伸 饰）等科学家开始研究对付哥斯拉的G兵器。他们以在馆山冲挖掘出来的初代哥斯拉骨骼为基础，用了四年制成了机械哥斯拉——3式机龙。柘植首相辞职，由科学技术厅长官五十岚隼人（中尾彬 饰）就任新首相。同时，茜被派去了机龙队，担任机龙的操作员。 就在准备机龙测试机动时，哥斯拉又在东京湾出现了。机龙赶赴现场与哥斯拉对战，却因哥斯拉的吼声唤醒了体内的野兽灵魂，突然暴走，在城市中造成了大破坏。 为了改良机龙，汤原改变了机龙DNA计算机的碱构造，使机龙不会再受哥斯拉叫声的干扰。但由于对再次暴走的担忧，五十岚迟迟不允许出动机龙。 哥斯拉再度出现在东京湾，一路无视特生自卫队的攻击来到了品川，令城市变成了一片火海。面对如此情景，五十岚终于同意让机龙出动。 为了打败哥斯拉，机龙被送到了品川。茜也抱着必死的觉悟。机龙和茜的战斗就这样开始了。
黛西·雷德利,亚当·德赖弗,奥斯卡·伊萨克,约翰·博耶加,马克·哈米尔,凯丽·费雪,比利·迪·威廉姆斯,伊恩·麦克迪阿梅德,凯丽·拉塞尔,哈里森·福特,朱迪·科默,比利·豪尔,马特·史密斯,露皮塔·尼永奥,多姆纳尔·格里森,凯莉·玛丽·陈,乔纳斯·索塔莫,比莉·洛德,安东尼·丹尼尔斯,娜奥米·阿基,理查德·E·格兰特,多米尼克·莫纳汉,格雷戈·格伦伯格,艾德·希兰,林-曼努尔·米兰达