Zeitreisende aus dem 22. Jahrhundert treffen im heutigen Japan mit einer düsteren Warnung ein: Godzilla wird bald zurückkehren und das Land ins Verderben stürzen. Diese Futurianer, darunter eine Frau namens Emmy Kano, bieten eine Lösung an. Mit Hilfe eines Schriftstellers, der Godzillas Ursprung korrekt theoretisiert hat, schlagen sie eine Mission vor, um ins Jahr 1944 zurückzureisen und die Entstehung der Kreatur ganz zu verhindern.

Der Plan ist, einen Godzillasaurus von der Pazifikinsel Lagos zu entfernen, bevor er der Strahlung zukünftiger amerikanischer Wasserstoffbombentests ausgesetzt werden kann. Das Team, zu dem der Schriftsteller Terasawa gehört, nutzt ein zeitreisendes Shuttle, um die Insel während einer Schlacht im Zweiten Weltkrieg zu erreichen. Dort beobachten sie, wie der Dinosaurier von amerikanischen Streitkräften verletzt wird, bevor sie ihn in die Beringsee teleportieren und Godzilla damit scheinbar aus der Geschichte löschen.

Bei der Rückkehr in die Gegenwart stellen sie jedoch fest, dass ihre Handlungen Japan nicht gerettet, sondern einen noch größeren Schrecken entfesselt haben. Die Futurianer hatten heimlich drei kleine, genetisch manipulierte Kreaturen namens Dorats auf Lagos Island zurückgelassen. Diese Dorats wurden den Atomtests von 1954 ausgesetzt, verschmolzen miteinander und mutierten zum kolossalen, dreiköpfigen Drachen King Ghidorah. Die wahren bösartigen Absichten der Futurianer werden offenbart: Sie wollen King Ghidorah als lebende Waffe einsetzen, um Japan zu zerstören und so zu verhindern, dass es im 22. Jahrhundert eine globale Supermacht wird.

In der Erkenntnis, getäuscht worden zu sein, suchen die Menschen der Gegenwart nach einer Gegenmaßnahme. Sie glauben, dass der umgesiedelte Godzillasaurus noch in der Beringsee ist, und schicken ein Atom-U-Boot, um ihn zu bestrahlen und in einen neuen Godzilla zu verwandeln, der gegen King Ghidorah kämpfen soll. Doch das U-Boot trifft auf den ursprünglichen Godzilla, der nie wirklich ausgelöscht worden war. Der Godzillasaurus war bereits Jahre zuvor durch einen separaten, nicht aufgezeichneten sowjetischen Atom-U-Boot-Unfall in der Beringsee mutiert. Der neu gestärkte Godzilla taucht auf und liefert sich eine verheerende Schlacht mit King Ghidorah.

King Ghidorah überwältigt Godzilla zunächst, aber ein Kommandotrupp sabotiert das Mutterschiff der Futurianer und unterbricht so deren Kontrolle über das Monster. Dies ermöglicht es Godzilla, das Blatt zu wenden, King Ghidorah mit seinem Atomatem zu enthaupten und seinen Körper ins Meer zu schleudern. Godzilla zerstört dann das Schiff der Futurianer, bevor er seinen Zorn auf Japan richtet, was in einer persönlichen Konfrontation im Hauptquartier der Shindo Heavy Industries gipfelt, geleitet von einem Mann, der den Godzillasaurus 1944 einst bezeugt und gegrüßt hatte.

Während Godzilla durch Tokio wütet, kehrt Emmy Kano aus dem 22. Jahrhundert mit einer verzweifelten Lösung zurück. Die Futurianer hatten King Ghidorahs konservierte Leiche geborgen und sie mit fortschrittlicher Technologie zu einem Cyborg umgebaut: Mecha-King Ghidorah. Nun unter Emmys Kontrolle liefert sich dieser mechanische Schrecken einen letzten, katastrophalen Kampf mit Godzilla über Tokio. Mit Greifseilen hebt Mecha-King Ghidorah Godzilla in den Himmel, aber der König der Monster wehrt sich, und beide Titanen stürzen ins Meer. Während Emmy in ihre eigene Zeit zurückkehrt, taucht Godzilla erneut aus den Tiefen des Ozeans auf und brüllt seine Herausforderung hinaus.