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世界各地の天文台で、宇宙からの規則性のある電波が観測されていたが、天文学者の志賀博士は記者会見で他天体からのものかどうかという記者たちの質問を否定する。

ある夜、明夫とトムは天体望遠鏡で星を見ていると、円盤のようなものを目撃する。翌日、裏山に円盤を探しにいった明夫とトムは円盤を見つけるが、乗り込んだと同時に円盤が飛び立ち、宇宙へと連れ去られてしまう。それをガメラが追ってくるが、円盤は徐々に速度を増し、成層圏を超えて、ついにガメラを振り切ってしまう。

円盤が到着したのは、地球よりも文明が発達した惑星であった。明夫とトムは人を探すが、目の前に宇宙ギャオスが現れる。ギロンによってギャオスは倒されるが、ギロンは明夫たちにも迫る。何とか建物の中に逃げ込んだ明夫たちの前に、バーベラとフローベラと名乗る宇宙人が現れる。彼女達は明夫たちを地球に行く間の保存食にしようと企む。そこへ子供の味方であるガメラが現れた。