Drei Jahre nach dem Krieg gegen die Gamilas hat die Erde ihre Oberfläche wieder aufgebaut und ist selbstgefällig geworden, ihre Bevölkerung durch materiellen Wohlstand abgelenkt. Das große Schlachtschiff Yamato, einst der Retter der Menschheit, liegt stillgelegt und vergessen da. Währenddessen rast ein weißer Komet unnatürlichen Ursprungs durch das All, und eine mysteriöse Hilfsbotschaft wird von den ehemaligen Besatzungsmitgliedern Shima und Sanada empfangen. Der Absender ist eine Frau namens Teresa, die auf dem fernen Planeten Telezart gefangen gehalten wird. Überzeugt, dass eine neue kosmische Bedrohung real ist und die Führung der Erde sich weigert zu handeln, vereint Susumu Kodai seine alten Kameraden von der Yamato. Sie widersetzen sich direkten Befehlen und riskieren Anklagen wegen Meuterei, indem sie die Yamato heimlich aus ihrem Dock holen und Kurs auf Telezart setzen.

Auf Telezart befreien Kodai und seine Crew nach heftigen Kämpfen gegen die Streitkräfte des Weißen Kometen-Imperiums Teresa. Sie offenbart, dass sie die Letzte einer Anti-Materie-Rasse ist und dass der sich nähernde weiße Komet eine mobile Festungsstadt namens Gatlantis verbirgt, die vom absoluten Herrscher Zordar kommandiert wird. Das nächste Ziel des Imperiums ist die Erde. Teresa kann sich ihnen nicht physisch anschließen, da der Kontakt mit normaler Materie sie vernichten würde, aber sie leiht ihnen ihre geistige Unterstützung und verschwindet. Auf dem Rückweg zur Erde trifft die Yamato auf den wiederbelebten Gamilas-Führer Dessler, dem vom Imperium neue Macht verliehen wurde. Nach einer brutalen Schlacht offenbart der tödlich verwundete und desillusionierte Dessler die Schwachstelle des Kometen: seinen spiralförmigen Kern. Dann bittet er Kodai um Vergebung und stirbt.

Die Erdverteidigungsflotte, angeführt von dem neuen Super-Schlachtschiff Andromeda, greift die Vorhut des Weißen Kometen-Imperiums an, wird jedoch vernichtet, als der Komet selbst erscheint. Die Yamato trifft ein und feuert ihre Wellenbewegungskanone in den Kern des Kometen, wodurch das äußere Gas zerstreut wird. Doch in den glühenden Überresten taucht die wahre Gatlantis-Festung auf. Es folgt ein verzweifelter, zermürbender Kampf. Einer nach dem anderen fällt die Besatzung der Yamato: der Arzt Sado, der Roboter Analyzer, Kapitän Hijikata und sogar Kodais Verlobte Yuki Mori. Trauernd, aber entschlossen übernimmt Kodai das Kommando. Er führt ein kleines Angriffsteam in Gatlantis, wo der Wissenschaftsoffizier Sanada und der Weltraummarinesoldat Saito sich opfern, um den Energiekern der Festung zu zerstören. Doch aus den Trümmern erhebt sich ein noch größeres Schlachtschiff, das die Yamato in den Schatten stellt. Zordar erklärt sich selbst zum Herrn des Universums.

Mit seinem Schiff schwer beschädigt und seiner Crew dezimiert, tritt Kodai in Kontakt mit dem Geist von Kapitän Okita, der ihm sagt, dass das menschliche Leben selbst die letzte Waffe gegen das Böse sei. Kodai befiehlt allen verbliebenen Überlebenden, das Schiff zu verlassen. Sie protestieren, aber er überzeugt sie, dass sein Tod der Erde eine Zukunft geben wird. Allein am Steuer lenkt er die Yamato auf Kollisionskurs mit Zordars Schiff. Teresa erscheint ein letztes Mal, inspiriert dazu, ihren Anti-Materie-Körper zu opfern, um den Einschlag zu verstärken. Die Yamato verschwindet in einem blendenden Blitz und nimmt den Feind mit sich. Die Erde ist gerettet, aber das Schiff und der Großteil seiner heldenhaften Besatzung sind für immer verloren.