共に海洋学者を父に持つ健一とヘレンは父親と一緒に謎の飛行物体が海に降りるところを目撃する。４人はボートで現場へ向かったが、突然海中からの光線を浴びて見知らぬ場所へと連れ去られてしまう。そこは宇宙船の中であった。現われた女性は自らをジグラ星人と名乗り、自分達の優れた科学力を証明するためと言って彼らの目の前で東京にマグニチュード１３の大地震を発生させた。未曾有の大災害中、ジグラ星人は人類に降伏を要求した。海に住むジグラ星人は、自分達の星の海を公害で汚してしまったために移住先として美しい海を持つ星を探し、４８０光年離れた地球を見つけたのだと言う。ジグラは海を占領するだけでなく人類を食料にしようと目論んでいるのだ。子供達は宇宙船からなんとか脱出したが、彼らを追ってジグラ星人を名乗る女性も上陸した。一方、ガメラの火炎攻撃を受けた宇宙船は爆発し、海中を飛ぶように移動する銀色の怪獣が現われた。これが本当のジグラ星人の姿であった。母星との水圧の違いからジグラは見る間に巨大化する。ガメラは戦いの場をジグラが苦手とする地上に移すが、光線の連射を浴びて海中に倒れてしまった。身動き一つできないガメラ。防衛軍の攻撃ではジグラに対して全く効果がない。最後の希望としてガメラを救助に向かった健一達４人も、逆にジグラに１万メートルの日本海溝へと引き摺り込まれてしまった。４人を人質に取られた防衛軍総司令は遂に降伏を決