世界中の天文台で謎の電波が観測された翌日、天体観測が大好きな少年・明夫とトムは自宅の裏山で円盤を発見。興味本位で二人が搭乗した途端円盤は急発進、宇宙へ飛び出てしまう。やがて辿り着いたのは文明が滅びかけ怪獣（宇宙ギャオス）が闊歩する不気味な星。僅かに残った星の２人の住人から、この星が太陽系第１０惑星だと知った少年達。だがその宇宙人が彼等を食料にして脱出を企んでいるとは知る由も無かった。その頃宇宙では地球から飛び出た円盤を追ってガメラが第１０惑星へと向かっていたが、星には宇宙人達の番犬怪獣・ギロンが待ち構えていた！ガメラはギロンを倒し、少年達を救うことが出来るのか？