这是「哥斯拉」系列电影的第二部。第一部电影《哥斯拉:怪兽行星》提到，由于环境变化恶劣，人类核实验失败，导致怪兽及驱逐怪兽的「哥斯拉」出现在地球上。 为了夺回自己的家园，中央政府组织部队与其展开战斗。经历半个世纪的战争，中央政府敌不过「哥斯拉」，败下阵来。人类被迫乘坐飞船另找他乡，在宇宙间漫游。 唯一清楚「哥斯拉」弱点的晴雄，带领着600名精锐部队，为了夺回自己的家园，重返地球。 经历2万多年的地球，「哥斯拉」建立了以自己为中心的生态系统。面对如此庞然大物的怪兽，晴雄组织部队开始自己的作战计划，却仍然敌不过哥斯拉。 那一次战斗之后，男主晴雄失去意识，被一族少女所救，发现竟然有一个部落种族还存在地球上。 原来在「哥斯拉」肆虐地球的2万年的时间里，还有幸存的人类，他们的生理结构得以进化改变，适应了地球生态的环境，还懂得制作武器对抗哥斯拉的亚种。 男主带领的军队被新出现的巨星哥斯拉打乱，但遇到这些人类种族之后，在丛林中与部队重逢。 这些种族人类懂得如何运用「纳米」作为武器，再一次让他们看到打倒「哥斯拉」的希望。
在种族人类的指引下，军队来到了当年机械哥斯拉被摧毁的地方。虽然机械哥斯拉已经被摧毁，但是「纳米」金属具有记忆性和延展性，在被摧毁后慢慢增殖修复，并释放阴云，遮掩自己的存在，已经成长为一座「纳米」基地。 经过2万年的时间，「纳米」自行重建了一座研究基地，其规模比原来的还要庞大数百倍，技术员重新控制了这座基地，快速修建基地设施和武器装备。 基地设施的修建，惊动了沉睡的「哥斯拉」，意识到威胁自己的存在，开始向「纳米」基地移动。 男主晴雄被迫无奈之下，提前开始作战计划，跟之前的作战计划相似，引诱哥斯拉进入陷阱点，再炮火狙击歼灭。 战术再一次奏效，「哥斯拉」掉入陷阱点，被基地设施炮火轰击。接着，男主带领着机甲部队，用电磁鱼叉成功插入哥斯拉的背脊及其体内，引发其体内的电磁波混乱。 原以为它会像亚种一样倒下，却不料「哥斯拉」控制其体内的分子结构，将电磁波转化为热能，随着「哥斯拉」体内的温度升高，插入体内的电磁鱼叉慢慢熔解，电磁波逐渐稳定。 危难之时，部队中外星文明的种族纷纷与纳米金属基地融为一体，加速基地的运算速度，对即将复活的哥斯拉开始猛攻。 但是由「哥斯拉」体内所散发的极高温度，让基地的火力无法打到哥斯拉的本体。基地计算结果认为，只有执行诱导任务的男主晴雄小分队，驾驶着机动纳米装甲，可以从高空俯冲用自杀式的攻击给予哥斯拉致命一击。
面对哥斯拉的高温防护罩，他们只有与纳米装甲融为一体才能维持操作，还未等一行人做出反应，纳米装甲已经开始主动吞噬驾驶员。 此时与男主晴雄两情相悦的优子发出惨叫，救人心切的晴雄，将纳米机甲炮火转向了基地的控制箱，扣下了扳机，停止了纳米机甲对驾驶员的吞噬。 此时「哥斯拉」已经完全重新复活，插入体内的电磁鱼叉已经全部溶解，喷出电磁吐息，完全摧毁了「纳米」金属增殖建造的基地。 而被「纳米」机甲吞噬的优子，成为纳米金属和人类的结合体，虽然还维持着生命，但已经永远失去意识。 晴雄一行人，终究还是敌不过「哥斯拉」，再一次以失败告终。
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