銀河宇宙系だけで恒星の数は１０００億。同じような銀河系が３０００億あると言われている。無数の星にどんな秘密が隠されているのか。ある星で異変がおこった。世界各地の天文台が不思議な電波をキャッチしていた。宇宙の彼方からあるメッセージが送られているのである。
「今度のは近太陽系からのメッセージです。しかし月や火星や土星に人類のような生物はいません。太陽系に一番近い星プロキシマケンタウリへ、最新の宇宙船アポロで行くとして５０万年かかります。宇宙人からの招待状がきても、あちらから来ることがなければ宇宙人にお目にかかることはできませんよ」
少年トムと明夫は望遠鏡で宇宙船発見。明夫は母に報告。「宇宙のどこかに交通事故も戦争もない文明の発達した星があるんだ。その星が宇宙船を地球に発進したんだ」「そんな星あるもんですか。望遠鏡をとりあげますよ」「ちぇっ。大人って夢がないんだな」翌朝宇宙船が到着したと思える空き地に急ぐ明夫とトム。宇宙船に乗り込む明夫とトム。中で操縦ごっこをするが、本当に宇宙船は二人を乗せて宇宙へ旅立つ。
「トム。お前がやたらとスウィッチを押すからだよ」「明夫が、秒読み開始とか言うからだよ」どんどんスピードを増す宇宙船。隕石がやってきてぶつかりそうになる。そこへガメラが。ガメラマーチに乗って、寄り添うように宇宙旅行を続けるガメラと宇宙船。しかし途中からガメラは宇宙船に進路を妨げようとするが、宇宙船は委細かまわずスピードを増し、ガメラは追いつけなくなる。
宇宙船は殺風景な星に到着していた。そこへギャオスが。地球のギャオスと色が違う宇宙ギャオスだ。川の流れがあべこべになり、水がなくなる。川底が開き、そこから包丁の化け物のような怪獣が現われた。早速超音波光線を浴びせるギャオスだが、包丁に反射して、自分の右足を切断してしまう。背後から襲うギャオスだが、包丁怪獣は宙を飛び、ギャオスを真っ二つにする。
ギャオスを大根でも切るようにきざんでいく包丁怪獣は「フォフォッフォ」とケムール人のような雄たけびをあげる。「ギャオスの肉臭くて食べれないんだ」とあきれるトム。怪獣が明夫たちに近づく。三角形の瞬間移動機械に乗って難を逃れる明夫たち。「この星いったいどうなってんの」二人は探検開始し、コントロールルームのような所へたどりつく。そこへ二人の美人宇宙人が現われる。
「あなたたちが来るのを待ってたの。このウルトラスピーキングマシーンのおかげであなたたちと話できるのよ」「ここは何って星なの」「私達はテラと呼んでいるわ。地球とちょうど反対側にあるの」「水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。第十惑星ってわけだね」モニター画面にギャオスが。「バーベラ。うるさいからギロンを出しな」「私はバーベラ。小鳥のように美しいって意味よ」「あたいはフローベラ。花のように美しいって意味」「他の人はいないの」顔を見合わせ返事をしない美人宇宙人たち。
画面に包丁怪獣が。「さっきの怪獣だ」「あれは、うちの番犬ギロン。これはコントロールできるの」「どうして怪獣ばかりいるの」「巨大な電子頭脳に支配されてきたこの星で、その電子頭脳にわずかな狂いが生じたためなの。それで宇宙に助けてくださいというメッセージを送ったの。生き残ったものは宇宙船に乗って他の星に行こうとしたけど、その船は墜落して生き残ったのは二人だけなの。小型探索船を送ったら、あなたたちが来たわけ。もう少しすると、この星は氷河に覆われてしまうのよ」
そのころガメラは明夫たちを捜して宇宙を飛んでいた。フローベラとバーベラはこっそり相談。「フローベラ。あの宇宙船は二人乗りよ」「わかってるわ。とにかくあの子たちは食糧として有害か無害か調べるのよ」明夫に催眠術をかけるフローベラ。「ガメラって何なの」「子供の味方の怪獣です。僕たちが困っていると必ず助けてくれます」
フローベラはバーベラに催眠薬入りの料理を作るよう命令。「あの子たちの脳細胞を生のまま食べるのよ。先祖代々蓄積された情報をいただくわけ。そして新しい星の環境になじむのよ。この星のバクテリアが共食いして、高等生物になったのと同じことよ」
催眠薬入りのパンを食べる明夫とトム。食欲のないトムは半分明夫にやる。まず明夫の脳みそから、ということで明夫を丸刈りにするフローベラ。さあこれから、ということで非常警報が。ガメラが現われたのだ。ギロンが出動。しかしギロンの包丁はガメラの甲羅にはねかえされてしまう。怒ったギロンは目の下から手裏剣を飛ばす。傷ついたガメラは海の中に落ちてピクリともしない。「ガメラは死んだわ。いい気味だわ」と喜ぶフローベラたち。
しかしガメラが暴れたおかげで、宇宙船は故障。トムは目を覚ます。「あの子達を食べる前に、宇宙船を修理しましょう」その話を聞いたトムは坊主頭の明夫の頭を殴り、目を覚まさせ逃亡する。追いかけるフローベラたち。
「畜生。僕たちはおいしくないぞ」結局二人は捕まってしまい、カプセルに閉じ込められる。トムはカプセルの隙間からカプセルのスウィッチを狙うが、間違ってギロンのコントロールボタンを押してしまう。フローベラたちは宇宙船の修理をする。そこへギロンが現われる。
フローベラたちは明夫たちを食べるのをあきらめて地球へ向かおうとするが、ギロンが跳んできて宇宙船はまっぷたつ。怪我をしたバーベラを「私達の星は役に立たない人間は死んでもらうのよ」と抹殺するフローベラ。トムたちの呼ぶ声に反応した、海中の仮死状態から復活するガメラ。
ガメラはジェット噴射でギロンを持ち上げ、脳天逆落とし。ギロンは地面に突き刺さり身動きできない。手裏剣攻撃をするが、それもダメ。ガメラは手裏剣の出した痕にミサイルをぶち込む。ギロン爆死。ついでにフローベラ爆死。真っ二つに割れた宇宙船をガメラは強力でくっつけ、その中に明夫とトムを乗せ、宇宙船を口にくわえて無事地球に戻ってくるのであった。