在北海道的森林深处，丰国商事一直在进行着大规模的采伐活动。作为现场监督人员，后藤裕一偶然发现了一个隐藏在森林中的古代遗迹，并从其中取出了一枚神秘的盾牌。这枚盾牌据说是封印宇宙怪兽帝斯基多拉的关键。
原来，这片遗迹其实是妖精族留下的，而帝斯基多拉则是6500万年前从外星降临的怪兽，它毁灭了一切植物，导致了恐龙的灭绝。为了封印帝斯基多拉，妖精族将这枚盾牌埋藏在了遗迹中。
对此毫不知情的裕一将这枚盾牌带回了位于都内自己的家，并将其作为挂饰送给了自己的女儿。然后他返回到了采伐现场。这时，黑色妖精贝拉贝拉飞来抢夺这枚盾牌并与对立派莫儿、罗拉姐妹展开了争夺战。
在得知盾牌和封印的由来后，后藤一家与莫儿、罗拉姐妹一起准备前往纹别。然而，他们在前往纹别的路上遇到了一块巨大的岩石。在后藤一家的协助之下，罗拉姐妹夺回了盾牌，但怪兽帝斯基多拉却从岩石中复活了。
为了打败怪兽帝斯基多拉，莫儿召唤来了摩斯拉。但是摩斯拉刚刚产完卵，寿命不长的她和怪兽之间陷入了苦战。为了助自己母亲一臂之力，早产的幼虫通过自己的丝和光线支援母亲作战。
摩斯拉不断挑战怪兽，使水库决堤成功将怪兽逼到了对岸，但最终摩斯拉拼尽了全力沉入了海底。在这之后，幼虫在屋久島充分吸收了森林的能量，新的摩斯拉再次诞生了。
与此同时，怪兽也已经重新恢复到毁灭地球时的全部状态。新的摩斯拉与怪兽再次交战，他以压倒性的力量和优势再次将怪兽封印到了地下。此后，摩斯拉让被怪兽烧掉的已成荒芜的北海道瞬间重获绿色，并和莫儿、罗拉姐妹一起返回到了家乡。
