日本各地で発生する群発地震。それは、かつて古代日本を支配していた邪魔大王国復活の前触れに他ならなかった。女王ヒミカが長い眠りから目覚めたのだ。大事故から生還したカーレーサーの司馬宙は、ヒミカの野望を知る父を殺害されてしまう。しかしその父は、マシンファーザーとなって鋼鉄ジーグの存在を明かすのだった。
ジーグ合体訓練中の宙は、タイミングがうまくつかめずに苦しんでいた。嫌気がさしてあきらめてしまうが、邪魔大王国のハニワ幻人がマユミを誘拐し、かつて司馬博士の発掘した銅鐸との交換を迫ってくる。バイクを破壊されながらも、まゆみ救出に向かう宙。囚われの彼女を救えるのは、鋼鉄ジーグの他にいない！
度重なる敗北に、女王ヒミカの怒りは頂点に達していた。彼女は今度こそジーグを抹殺しようと、仲間外れにされた少年を利用してビルドベースの所在地を掴もうと企む。だが、怪電波をキャッチした美和が異変を察知。少年の保護に向かった彼女の前に幻魔要塞ヤマタノオロチが出現し、発電所を狙うハニワ幻人まで現れる。
自衛隊機が原因不明の墜落事故を起こした。宙は現場近くで発見された巨大な仏像の破片を持ち帰り、それがハニワ幻人の一部であることを突き止める。一方、ヒミカはコンビナートを襲撃。宙は立ち向かおうとするが、正体を現した仏像の放つ炎に行く手を阻まれてしまう。しかも、ヤマタノオロチまで海上から迫ってくる。
ヒミカは太陽黒点の異常による磁気嵐を利用して、ジーグを抹殺しようと企んだ。マグネットパワーさえ封じれば、宙はジーグになることすら出来ないのだ。その頃、宙のライバルを自称する黒鷲のドンは、スクラップを使ってメカドンを建造していた。ハニワ幻人が現れると、メカドンがジーグに代わって大活躍を始める。
宙は500万円の賞金をかけたレースで、先輩レーサーの星川と再会する。慎重なドライビングで知られている星川が、この日は何故かがむしゃらに優勝を狙ってくる。チエという歩けなくなった女の子のために、何がなんでも賞金を手に入れたいのだ。レースが佳境に入ったその時、コース上にハニワ幻人が現れて…。
宙は吉田湾に広がる放射能汚染の調査を命じられるが、雑務は自分の仕事ではないと出動を拒む。仕方なく一人で現場に訪れた美和は、汚染源となっている謎の岩を発見。採取しようと近付いた途端、放射能を浴びて倒れてしまう。宙はビッグシューターなしで、現れたハニワ幻人ツブテと戦わざるを得なくなってしまった。
テレビに出演した宙は、ドンなどライバルではないと発言。ドンは激怒し、オートバイを使った決闘を申し込む。どうしても負けたくない彼が卑怯な手段を使ったため、宙は転倒して頭を強打し、一時的に視力を失ってしまった。折悪しく、ハニワ幻人ドロマが出現。責任を感じたドンは、一人でドロマに立ち向かってゆく。
ビッグシューターさえなければ宙はジーグになることが出来ない…ヒミカは幹部のアマソとイキマに合同作戦を命じ、ハニワ幻人キイラにシャボテン公園を襲わせる。キイラはいったん姿を消し、再度出現。美和がビッグシューターを発進させようとするが、基地の外にはヤマタノオロチが手ぐすねを引いて待ち構えていた。
ヒミカは幹部のミマシに、打倒ジーグのための恐ろしい罠を仕掛けさせた。雪のお姫さまに憧れるマユミを、ハニワ幻人チララの吹き鳴らす笛の音色によって誘い出し、人質として連れ去ってしまったのだ。だが、争いを好まないチララはマユミを逃がそうとして失敗し、ヒミカによって恐ろしい姿に変えられてしまう。
ビルドベースの所在地が、ヒミカに発見されてしまった。度重なる出動に疲れのたまった宙は、美和に苛立ちをぶつけ、ドンたちの乗った船も突如として発生した渦巻きに呑み込まれてしまう。助けに向かった宙は、湖の底で謎の物体に遭遇。ふとしたきっかけで、自分の身体が本当に人間のものなのか疑問を抱く。
自分は本当に不死身の肉体を持っているのか？ 宙は疑問の答えを見つけるため、ハニワ幻人ゴウラーの誘き寄せ作戦にあえて引っ掛かることにした。ゴウラーを操るアマソの目的は、宙を捕らえ、ジーグのいない間にビルドベースに攻撃をしかけること。彼の思惑通り、守りの手薄なビルドベースは窮地に陥ってしまう。
ヤマタノオロチが旅客機を襲い、搭乗していたボーズ博士を邪魔大王国に連れ去った。博士は東京で開催される世界平和会議で、議長を務めることになっていた。ヒミカは博士の口を通して、自分こそ現代日本の征服者であると宣言しようと企んだのだ。博士は自らが仲介人となって、和平への道を探ろうとするのだが…。
宙は自分がサイボーグであることを知った。衝撃を受けた彼は、自暴自棄になって戦意を喪失。幻魔要塞が出現しても出撃しようとせず、やむなく美和がビッグシューターで立ち向かう。ハニワ幻人バラバに捕らわれた宙を助けようと、ドンとパンチョはメカドンで奮戦。仲間達の頑張りに、宙は戦うことの意味を見出す。
メカドンに飛行能力を持たせようと、ドンとパンチョが熱心に改造作業を進めていた。だが、努力の甲斐なく失敗ばかり。腹を立てたドンは、とうとうパンチョをクビにしてしまう。一方のヒミカは、ハニワ幻人ロイサを送り込み、美和に大怪我を負わせた。美和のことが好きなパンチョは、メカドンで仇討ちすることを誓う。
サイボーグであることを受け入れたはずの宙だが、未だ癒えない心の傷は、毎晩のように彼に悪夢を見せていた。人間ではない自分は、戦うだけの機械でしかないのか？ 苦悩は迷いを生み、現れたハニワ幻人ダイラに苦戦を強いられる。彼に再び闘志を与えたのは、故郷の村を救おうとする、ある少年の願いと勇気だった。
ドンとパンチョはジーグに勝つために、大利博士に頼み込んでメカドン２号を建造してもらうことにした。突貫工事で完成間近、ロボット工学の権威だという大倉博士が現れ、メカドン２号にはエネルギー増幅装置が必要だと断言する。ドンとパンチョはその言葉を真に受け、ビッグシューターから増幅装置を外してしまった。
マシンファーザーを攻撃から守るべく、ビルドベースでは瞬間物体移動装置の開発が進められていた。だが、ヒミカの放ったハニワ幻人ヌメメが、既にビルドベースへの侵入を始めていた。妖しい狐火と共に現れるアメーバのようなヌメメには、どんな攻撃も通用しない。打つ手なしのまま、宙の前にはヤマタノオロチが現れる。
女王ヒミカは、かつて邪魔大王国一の勇者といわれたタケル将軍を蘇えらせた。亡き妻のそばで安らかに眠りたいという将軍の申し出は聞き入れられず、自らをハニワ幻人と化してビルドベースを攻撃することになる。ところが、ビッグシューターで出撃してきた美和を一目見た途端、彼はなぜか攻撃をやめてしまう。
公園で遊んでいたマユミの前に、ハニワ幻人が出現。親友であるトコちゃんのペットが大怪我を負わされてしまった。マユミは必ずジーグが助けに来てくれると信じていたが、鋼鉄の巨人は最後まで現れず、彼女は心に深い傷を負ってしまう。強くて頼もしいジーグに、マユミは父親のイメージを重ねていたのだ…。
ジーグを自らの手で倒すべく、ヒミカが作戦をしかけてきた。ハニワ幻人ラセツを使い、異常な磁気反応が起きている火山口へ誘い込もうというのだ。異変を察した司馬博士の指示で難を逃れるが、今度は旅客機の乗客を人質に、火山口へ来ることを要求される。人質の息子の祈りを背負い、宙はラセツの待つ火山島へ向かう！
伊勢湾で怪しい竜巻が発生し、付近を航行中の船舶に被害が続出する。ビッグシューターで調査に出た美和は、竜巻の中に潜んでいたハニワ幻人ギララに攻撃されて意識を失ってしまう。救出に向かった宙も、待ち構えていたヤマタノオロチに捕まってしまった。ビルドベースに迫るギララの魔手。最後の頼りはメカドンだけだ。
ミマシがマユミたちの乗ったフェリーを占拠、マユミたちは船倉に閉じ込められてしまった。ミマシは一時間以内に銅鐸を渡さなければ、乗客もろともとフェリーを爆破すると脅迫してくる。宙は人の命と銅鐸のどちらが大事だと父に迫るが、一番辛いのは博士だと美和にたしなめられ、自らの手で乗客を助ける決意をする。
人々が何の前触れもなく、突如として凶暴化する事件が発生した。ビルドベースから流れ出した毒物が原因だと報道され、怒った市民たちが押しかけてくる事態になってしまう。調査に向かった宙は、敷地の南側に面する木だけが枯れていることに不審を抱き、毒を垂れ流していたのがハニワ幻人ドゲラであることを突き止める。
ラリーに参戦した宙は、母・菊江の誕生日に勝利を捧げようと張り切るが、突然現われたハニワ幻人ダイマに襲われてしまう。神経回路を狂わされた彼は、まるで人が変わったようになってしまった。ヒミカの念力によって操られるまま逃亡すると、母を人質にして銅鐸のありかを教えろとマシンファーザーに迫る。
司馬家の台所が苦しいことを知ったチビは、迷惑をかけるわけにはいかないと家を出てしまった。それを知った宙は必死になってチビを捜しだすが、待ち伏せていたハニワ幻人・ガロスの矢で大怪我を負ってしまう。一方、宙が生きていることを知ったヒミカは怒り、なんとしても命を奪うため再びガロスを差し向けてくる。
父の命令で特訓に打ち込む宙は、心身の限界を超えて倒れてしまった。連れて行かれた病院は、ヒミカの命を受けたイキマたちによって占拠されていた。宙は痺れ薬を飲まされて窮地に陥るが、駆けつけた美和の活躍で脱出に成功。イキマとミマシを相手に戦いながら、父の声に導かれるまま、新たな変身を遂げる！
銅鐸の隠し場所を、ついにヒミカに知られてしまった。宙は相手の攻撃を待つのではなく、こちらから邪魔大王国を攻めようと提案。だが、司馬博士は、相手の戦力が性格につかめていないことを理由にそれを一蹴。諦めきれない宙は、命令を聞かずにビッグシューターで出撃し、銅鐸の発見場所である九州へ向かう。
新兵器の開発によって、ジーグはパワーアップに成功。いよいよヒミカの本拠地である邪魔大王国へ乗り込むことになった。日本の未来を賭けた戦いを前に、ビルドベースの面々は勝利のために一丸となっている。だが、ヒミカは念能力を使って銅鐸の謎を解読していた。封印を解かれた竜の入口から、新たなる敵が姿を現す。
菊江から着物をプレゼントされた美和は、幼い頃に生き別れた母のことを思い出していた。その美和の姿が見えなくなった。彼女は遊園地へ出かけ、ハニワ幻人・モドキに捕らえられていたのだ。モドキは美和そっくりに化け、ジーグに恐ろしい仕掛けを施す。宙は何も知らないまま、敵襲来の報せを受けて出撃する。
日本各地で原因不明の事故が続発していた。マユミたちの乗ったバスも事故に巻き込まれ、トコちゃんが大怪我を負ってしまう。邪魔大王国の仕業らしい。怒りに燃える宙は、富士山上空で発生した旅客機の事故を知って現場に急行。地下に隠れていたロボット獣・バルドの攻撃を受け、マッハドリルを破壊されてしまう。
山川ダムの調査に向かったメカドンが、ヤマタノオロチを発見。ロボット獣ドランで出撃してきたフローラ将軍を、新兵器マリンパーツを使って迎え撃つ。その頃、ミマシはイキマとアマソにヒミカの死の真相を暴露していた。ハニワ軍団はフローラの不在で手薄になった隙をつき、竜魔帝王に反旗を翻して退位を迫る！
反逆罪で投獄されたアマソとイキマは、ジーグを倒すことで許しを請おうと脱獄する。レースに出場した宙の車に爆弾を仕掛け、ドンとパンチョに化けてメカドンで暴れるのだ。爆弾は時速80㎞以下になれば作動するため、宙は車を走らせながら取り外さなければならない。ロボット獣と乗っ取られたメカドンまで姿を現し…。
激しさを増す戦いに、司馬博士は新たな対策を練っていた。ところが宙は、ジーグの戦力がアップされたことで油断してしまう。そこを突くかのように、フローラが特殊鋼工場にロボット獣・ゴキラを差し向けてきた。原子炉が破壊されたら大変なことになってしまう。ジーグは苦戦し、司馬博士は避難カプセルを作動させる。
フローラはジーグの動きを封じるため、ロボット兵に宙の家族を襲わせた。大利所長は今後のことも考え、家族をビルドベースに避難させるよう提案。宙はそれを断るが、家族が巻き込まれることを恐れ、敵が現れても出撃することができなくなってしまった。母はそんな彼に家族の本当の役割を説き、使命を果たすよう諭す。
冷たい空気で花が枯れるという現象が続発する。白血病の少女・ヒロミと出会った宙は、ただ一輪残った黒バラが生きる支えとなっていることを知り、花を守り抜くことを約束する。フローラはそれを利用し、病院へ向かう宙の前に立ちふさがる。宙は一騎打ちの最中、思いがけずフローラの哀しい過去を知る…。
フローラの呼びかけを聞いた宙は、話し合いをするため、美和に頼んで地下王国へビッグシューターを発進させた。だが、行く手には竜魔帝王の罠が仕掛けられていた。イキマ、アマソの策略によって火山の中へ閉じこめられた宙に、ロボット獣・ドドンが迫る。帝王への怖れと良心の狭間で苦悩するフローラは…。
アマソが魔力で少年の化石を人間の姿に戻し、かつて仲の良かったマンモスの化石が安置してある博物館へ向かわせた。少年が火矢を放ち、マンモスの化石はハニワ幻人・マンモとなって大暴れを始める。パニックに陥り、逃げまどう人々。立ち向かう宙は、本来は敵とは言えない少年を相手に戦うことをためらう。
ビッグシューターの操縦中、美和の体調に異変をきたす。菊江は休暇を貰った美和をショッピングに誘い、デパートでワンピースを買ってプレゼントする。そのデパートを、ロボット獣・ドリラが襲撃。避難した二人は、フローラ率いるロボット兵に取り囲まれてしまう。何とか撃退するものの、美和は再び倒れてしまう。
地下王国で行われた決闘によって、ロボット獣の兄弟・レッドスとブラックスが打倒ジーグの刺客に選ばれた。一方の地上では、マユミの飼っていた子犬が姿を消していた。マユミは雨の中を探し回ったせいで、急性肺炎を起こしてしまう。高熱で悪夢に苦しむマユミにペンダントを託し、宙はロボット獣の兄弟に戦いを挑む！
宙たちが束の間の休日を楽しんでいる間も、地下王国では侵略計画が着々と進められていた。イキマたちがヒミカの霊魂を呼び出すことに成功。ヒミカの霊魂はロボット獣・レイゴンに乗り移り、ジーグを異次元墓場に引きずり込む。霊力によって力を奪われたジーグに、かつて滅ぼしたハニワ幻人たちが襲いかかってくる！
巨大な隕石が地上に落ちた。偵察に出た宙と美和は、隕石の中からロボット獣・ジャンが出現するのを目撃する。ジャンにおびき出されたジーグは、磁力を帯びた岩の破片に包み込まれ、幻魔要塞の待つ宇宙へ運ばれてしまう。勝利を確信した竜魔帝王は、自らジャンの指揮をとってビルドベースの攻略に乗り出す。
空飛ぶホテルに招かれた宙は、フローラの罠にかかって痺れ薬を飲まされてしまった。宙を爆殺しようとするフローラだが、竜魔帝王が恩人などではなく、両親や兄弟を虐殺した仇であることを教えられると、宙を幻魔要塞から脱出させる。竜魔帝王と決別したフローラは要塞に残り、自らの犯した罪を償おうとする。
フローラ将軍を失った竜魔帝王は、ハニワ幻人最強の四天王を血祭りにあげ、竜魔船で出陣した。近付く決戦を前に、宙はマユミや母やドンたちに別れを告げる。司馬博士はそんな宙に、「死んで生きろ」という謎の言葉をかけて送り出す。出撃した宙は空中戦を優位に進めるものの、竜魔帝王の剣に傷付いて倒れてしまう。
竜魔帝王は全てのハニワ兵士とロボット兵士を集結させ、ビルドベースに総攻撃をしかけてきた。竜魔帝王はビルドベースの放棄を要求してくるが、司馬博士は断固としてそれを拒否。カプセルで出撃すると、幻魔要塞へ突入してゆく。今、父の意志を受け継いだ宙は、竜魔帝王との最後の戦いに乗り出してゆく！
長き眠りについていた邪魔大王国の女王ヒミカが復活、それを予期していた司馬博士は鋼鉄ジーグを作った。博士によりサイボーグ化された宙は鋼鉄ジーグに変身し、パートナーである美和、ビルドべース、メカドンたちと力を合わせてヒミカを倒す。そしてさらなる敵、竜魔帝王に全てを賭けて立ち向かってゆく。
