プリンス・ザルドス率いる軍が地球を侵略に来る。スティーヴたち５人は地球を守るための最後のとりでボルトマシンに乗り、迎え撃つ。一旦は撃退するも、敵はさらに強力な兵器、ビースト・ファイターのドクガガを使う。スティーヴたちは合体し、ボルテスＶに。地球の運命をかけた戦いが幕を開けるのだった。

２０年前のボアザン帝国。角ナシの労奴たちを差別することなく人望の厚い大臣であったフロスガーは、次期皇帝の座を約束されていた。しかし皇帝の嫡出児であるザンボジルはそれがおもしろくない。実はフロスガーが角ナシであるという秘密を握ったザンボジルは、戴冠式の日にその秘密を暴露。フロスガーを鉱山送りとする。鉱山にいた角ナシたちと、脱出を企てるフロスガー。しかし帝国軍の力には及ばず、フロスガーだけが地球に逃れた。不時着したフロスガーを発見したマリアンヌ博士は彼を基地に連れて行き手当をする。そのころボアザン帝国では、死んだとされていたフロスガーの妻ロザリアが、子どもを産んでいた。その子をザルドスと名付けたロザリアは、そのまま息絶えるのだった。

フロスガーはこれまでの名前を捨て、ネッド・アームストロングとして地球でボアザン帝国に対抗できる武器を作る。そしてボルテスⅤ開発のめどがついたところで、仲間たちとの約束を果たすべくボアザン帝国に戻る。しかし侵入者として追われる身に。自分の父親であると知らないザルドスに追い詰められ、ガケから身を投げるのだった。そのころ成長したスティーヴとビッグ・バートはボルテスチームの候補生として訓練に励んでいた。リトル・ジョンもボルテスⅤに興味津々である。そんな彼らのもとに、最強の将軍たちと共に地球侵略の名を受けたザルドスの軍が迫っていた。

いよいよボアザン帝国軍による攻撃が始まった。世界各国で地球の軍隊は劣勢を強いられる。ビッグファルコンでは訓練生を緊急招集。しかし集まったのはスティーヴ、マーク、ビッグ・バート、ジェイミーの４名のみ。しかもボルトマシンには複数の不具合が発生する。この不具合を解消したリトル･ジョンは、５人目のパイロットに。ボルテスチームが発進する。ボアザン帝国軍の最強兵器ビースト・ファイターのドクガガが地球軍に襲い掛かる。その前にボルト・インしたボルテスⅤが立ちはだかる。熾烈な戦いが繰り広げられるが、ボルテスⅤは必殺技、天空剣のＶの字切りで見事にドクガガを倒すのだった。

秘密基地ビックファルコンでは、対ボアザン軍を想定し、ボルテスⅤ対基地の模擬戦闘が行われていた。そこにビッグファルコンを発見したザルドスたちが、新たなビースト・ファイターバイザンガを率いて攻撃を仕掛けてくる。バイザンガの攻撃に苦戦するボルテスⅤはボアザン軍の攻撃を受けるビックファルコンを助けにいけない。バイザンガの鎖によって身動きが取れなくなってしまったボルテスⅤの元に１機の戦闘機が現れる。それに乗っていたのは負傷した母、マリアンヌだった。マリアンヌはボルテスⅤを救うため、バイザンガに突っ込む。無事鎖から逃れられたボルテスⅤは見事にバイザンガをたおすのだった。

母を亡くした三兄弟に対し、同情しきれないマーク。それはマークと失踪した母との関係にあった。しかし長年の誤解が解け、マークは母がマリアンヌと同じように家族のために命を落としたことを知る。わだかまりがとけたチームの前にサムライの動きを学習したビースト・ファイター、ガルドが現れる。その動きに対応するために、ビッグ・バートはスティーヴに胡蝶返しという技を教える。スティーヴはその技でガルドを撃破するのだった。

ラジコンレースに出場しているリトル・ジョン。その目の前にビースト・ファイター、ネーグが現れる。一方ビッグファルコンはビースト・ファイター、ダイガの襲撃を受けていた。リトル・ジョンの救出か基地を守るのか悩むスティーヴに、スミス博士はリトル・ジョンを優先するよう命令する。無事に合流した５人はボルテスⅤに変身、二体のビースト・ファイターを退ける。しかしそれはザンドラが慢心を誘おうとしたワナ。２体は合体し、さらに強力なダイネーグとなった再び現れる。体を固定され身動きが取れなくなるボルテスⅤ。絶体絶命のところをなんとか反撃し、ダイネーグを倒すのだった。

ボルテスⅤを研究したボアザン軍は、合体を阻止する新しいビースト・ファイター、ナマズカを作り出した。ボルトインすることが出来ず苦戦するボルテス・チーム。スミス博士はロビンソン司令官を通じ、世界各国に協力を要請し、各国からビッグファルコンに援軍が集まる。そしてスミス博士は秘密兵器、ウルトラ・マグコンを披露する。これは超電磁力による合体を補助する装置だった。装置のおかげで無事にボルトインを成功させたチームはナマズカを見事に倒す。ビッグファルコンに１機の正体不明の機体がやってくる。呼びかけに答えた男はネッド・アームストロングと名乗るのだった。

宇宙船で来たネッド（フロスガー）を迎え入れるスミス。スキャンにより本人確認をしようとするが装置の故障でできない。再会を喜ぶ父と３兄弟。特にリトル・ジョンは大喜びだった。ネッドはボルトマシンを見ようとして警備に止められ、そこで軽い乱闘となってしまう。ネッドの行動に疑問を抱くスティーヴは自分たちの誕生日はいつか聞く。正しく答えたネッド。それを見て本物だと確信するビッグ・バート。しかしスティーヴは疑いを深めるのだった。

ネッドはザルドスが作ったアンドロイドで、しかも爆弾を隠し持っていた。ネットを疑うスミス博士はスキャン装置を直し、彼の元を訪れるが、無残にも殺されてしまう。　スミス博士の死体を見つけたスティーヴは、ネッドを捕らえるよう通達を出す。スミス博士の死、ネッドがその犯人かもしれないと知らされたリトル・ジョンはショックを受ける。そんな中、ボルテス・チームは新たなビースト・ファイターと戦うため、出撃するのだった。

出撃したチームはボルト・インしようとするが、リトル・ジョンがいなかった。基地に残っていたリトル・ジョンはネッドの正体に気付き殺されそうになるが、間一髪で現れたスティーヴたちが助け、ネッドのアンドロイドを倒す。そしてスミス博士に別れを告げ、再び出撃する。ビッグファルコンはシステムの不具合によりバリアが張れず窮地に。そこに現れたフック博士の指示によってシステムは復旧、バリアを張ることができた。さらにボルトフリゲートの故障で基地に戻っていたにリトル・ジョンが合流しボルテスⅤに合体。ザルドスはアンドロイドが仕掛けた爆弾によってボルテスⅤを爆破しようとズールに爆破の指示を出すが、事前に爆弾は取り除かれており作戦は失敗に終わるのだった。

スミス博士の後任フック博士はスティーヴたちに過酷な訓練を課す。理不尽な扱いに耐えかねたスティーヴたちはビッグファルコンを離れることを考える。フロスガーは皇帝の側近だったワトソン将軍を反乱軍に迎える。そして全員で地球に向かい、立て直しを図ろうとする。ザンボジルから見捨てられそうなザルドスは次のビースト・ファイターに期待をかける。ビースト・ファイター、ザイロスはその屈強な装甲で体当たりをし、ボルトインを邪魔してくる。そこでフック博士がスティーヴたちにスピン飛行を指示。最初は躊躇するスティーヴだが、スピン飛行を開始するとザイロスの体当たりをはじき返した。そして無事にボルテスⅤに合体し、ザイロスを倒すのだった。

地球に向かうフロスガーたちをビッグファルコンでは探知していた。今度こそ本物の父親であることを願いながら、兄弟たちは捜索に向かう。皇帝ザンボジルと通じているズールは、スカールークで勝手に出撃し、フロスガーを捕らえる。さらにビースト・ファイター、ゾルゲルでボルテスⅤと戦い敗北する。ザルドスは怪しい動きをするズールを呼び出し、妙なマネをするなと釘を刺す。従うかに見せるズールだが、責め苦を受けたことでザルドスたちへの憎悪を膨らませるのだった。

ザンボジルの命を受け、ザルドス暗殺に向かうズールだが、失敗。赦してもらう代わりに地球防衛軍への潜入を命じられる。 ズールは降伏した振りをして地球防衛軍基地へ入り込む。ボアザン軍の隠れ家に続くポータルの存在を教え、ボルテス・チームを誘い出す。ワナにかかったチームだが、リトル・ジョンとスティーヴの機転で無事に帰還。作戦に失敗したズールはザルドスの手で殺害される。そして地球に新たな敵、オスラク将軍がやってくるのだった。

オスラクが送り出した硬い装甲を持つビースト・ファイター（オコゼニア）に天空剣すら歯が立たない。窮地に立つボルテスⅤを救ったのはどこからともなく現れた鷹メカだった。フックは強度をあげていくビースト・ファイターに対抗するため新たな武器、超電磁ボールを開発する。ただし、とてつもないエネルギーを消費するため、エネルギー源を雷とすることに。しかし新たに現れたビースト・ファイター（デスラー）に超電磁ボールのエネルギーを吸収されてしまう。エネルギー切れを起こすボルテスⅤの元に再び鷹メカが現れ、エネルギーをチャージする。ボアザン軍は鷹メカを追い撃墜。そこに追いついたボルテスⅤは敵を追い払い、鷹メカをビッグファルコンに持ち帰る。鷹メカに乗っていたのはワトソン将軍だった。スティーヴたちはワトソンから自分たちの出生の秘密を聞く。驚く３人に、ジェイミーは今までと何も変わらないと言うのだった。

ザンボジルの命を受け地球にやってきたオスラクは人を操る指輪を発明。ザンドラで試し、ザルドスに叱責される。ロビンソン司令官は体調不良のため、退役することを決める。退役後、ジェイミーとの時間を大切にすることを楽しみに、ビッグファルコンを後にするロビンソンだが、オスラクの指輪で操られたジェイミーに襲われる。格闘の末、指輪を外しジェイミーを正気に戻すロビンソン。しかし直後、オスラクからの攻撃を受けてしまう。助けにきたスティーヴとマークがオスラクを撃退するも、ロビンソンは殉職。ジェイミーは悲しみに暮れるのだった。

オスラクはザンダー男爵と組みザルドスを抹殺し、その立場に取って代わることを企む。そして隠れ家へ仕掛けていた破壊工作を実行する。一方、スティーヴたちはフロスガー救出のためザルドスの城へ潜入。フロスガー救出はならずも、ドラコ将軍を倒し、城は崩壊した。すると今度は地中から中性子爆弾が現れる。このまま放置すれば地球は壊滅してしまう。ボルテスⅤにボルトインし抜こうとするがうまくいかない。そこに謎の宇宙船が現れ、地中から爆弾を抜き宇宙へと捨てるのだった。