台北大戲院。在氫彈和鈾彈連續試驗的太平洋上，北緯二十四度，東經百四十一度處，榮光號，備後號以及大戶島的漁船，原因不明而沉沒。東京灣打撈所長尾型秀人接獲本社急電不顧與愛人惠美子約會趕到海上保安廳新聞記者荻原音的請報乘直升機往災難地點附近的大戶島，島上僥倖活命漁夫政治，說是從海中出來的巨怪所噴火，但無人相信，唯有深信傳說的老漁夫，說近來的不漁，都是這些怪物的緣故，並說這怪物恐龍，一旦吃光海魚，就會上岸來吃人畜，荻原信疑參半，但在舉行彿災的神樂晚會上，怪物趁暴風雨襲擊大戶島，踏死政治及其母。國會為確認大戶島損害原因，特組調查團前來。以古生物學家，由根博士為團長其女惠美子，尾型，園子物理學家田畑博士，荻原，以及政治之弟新吉少年也加入這一行。調查結果驚駭了全日本，傳說中的怪物實在存在，並且他們邊看到悠悠然沉入海中的恐龍。國會的專案委員會上，山根博士的調查報告稱，這是距今三百萬年前侏儸紀與自亞紀間由海棲爬從類進化至路上獸類過程中的生物恐龍，在海底穴洞中生存至今為多次氫彈試破壞其生活環境，並能將儲存的氫彈的放射能吐出，使船隻瞬時顛覆，破壞大戶島。於是議場陷入大混亂。全日本國民為原子魚，放射性兩以及原子恐龍，畏懼非常，政府為殺死恐龍，派巡洋艦隊施行水雷攻擊收獲收音機的電視實況報導，國民撫肩安心，但未幾恐龍復出現海上，遠指東京前來，恐龍對策本部遂成立，山根博士也被邀入。山根博士有個弟子芹澤大助，本與尾形同學，今為一化學博士，雖愛惠美子，但單目為戰爭所損，臉型變醜的他，孤自蒙首實驗室秘密研究，有一天荻原來訪，他遂將其秘密實驗室給惠美子一個人看，並約她不他言－－恐龍終於登入東京，不顧武裝的警察機炮的掃射，大肆破壞後，又返回海中，對策本部於是張鐵絲網於海岸線，並通五萬伏電流，疏散居民，動員自衛隊，恐龍再次登入東京，五萬伏特電流，毫無效果，鐵絲網寸斷，口吐白熱光，踏倒建築物，不懼戰車和大炮侵入東京市內，破壞各台，折斷電視塔打落勝關橋向海上逸去，人們啞然任他蹂躪，一夜之間，大東京遂化至灰墟，淡慘不忍睹。惠美子向尾形洩漏芹擇的秘密，芹擇完成了征服恐龍的唯一辦法，就是他發明能於瞬間破壞水中之氣，盜死生物，並將其液化的氧破壞劑，被尾形及惠美子請求使用，芹擇煩惱非常，他的所以秘密研究，乃是人因為他不信任人們，一旦公開這可怖的發明，惠美子洩漏了這秘密，於是他燒毀了所有秘密資料，立刻就會被用僅破壞器，決心與山根博士，及尾形到恐龍所棲海面，他身披潛水衣入海，抽出氧破壞劑的安全栓後，他尚逗留海中確認其效果，然後自己將送氧管和網子剪斷。船上，望見恐龍臨死的掙扎而歡欣的人們，都未放棄戀情，不信任人們，將他的發明與他底死共葬海底的芹擇，致敬虔的默緘。