世界征服を企むドクターヘルは、あしゅら男爵に機械獣を操るバードスの杖と海底要塞サルードを与え、邪魔者の天才科学者・兜博士の抹殺を命じた。あしゅら男爵はお手伝いのルミから、博士が別荘に滞在していることを聞き出す。博士の孫・甲児が駆けつけた時は既に遅く、別荘はあしゅら男爵によって爆破されていた。瀕死の重傷を負った兜博士は、ドクターヘルに立ち向かうために建造した秘密兵器・マジンガーZを甲児に託す。
ドクターヘルは兜博士の創設した光子力研究所を奪取するため、機械獣ダブラスM2とガラダK7にマジンガーZの破壊を命じた。甲児が操縦に慣れていないにも関わらず、迎え撃ったマジンガーは想像以上の強さを発揮する。二体の機械獣を返り討ちにすると、弓弦之助博士の娘・さやかの操縦する巨大ロボット・アフロダイAを助けて帰投を果たしたのだった。だが、ホッと一息ついたのも束の間、ドクターヘルは新たな動きを見せていた。
甲児とシローの兄弟は、光子力研究所の近くに引っ越してきた。さやかに憧れるボスたちとも知り合い、富士市の生活にも慣れてきた頃、バードス島ではドクターヘルが怒り狂っていた。地下帝国に二度の敗北は許されない。ドクターヘルは雪辱を期し、機械獣・グロマゼンR9を出撃させる。甲児は未だマジンガーZの操縦に慣れていないうえ、練習中に負傷していた。グロマゼンR9接近の報せを受け、さやかがアフロダイAに乗り込んで出撃するが…。
機械獣・ガイアQが出現。海底要塞サルードによって研究所の近くに運ばれてきたガイアQは、迎え撃つアフロダイAを簡単に倒してしまう。ウルトラマグネチックパワーという、敵の動きを全て封じてしまう力を備えた機械獣だったのだ。マジンガーZすらガイアQの攻撃には手も足も出ず、ウルトラマグネチックパワーで操られるままサルードに運ばれてしまう。囚われの身となったマジンガーZと甲児の運命は…?
あしゅら男爵の甲児暗殺作戦が失敗に終わって間もなく、富士山麓に偽マジンガーZが現れた。甲児がマジンガーZの機密を売ったとデマを流すあしゅら男爵に、身に覚えのない甲児は激怒し、偽マジンガーZを追い回す。実はこの偽マジンガーZ、機械獣・キングダンX10の作り出した幻だった。一連の騒動は、マジンガーZのエネルギーを消耗させ、あらかじめ準備しておいた地雷原に誘い込むための巧妙な作戦だったのだ。
町で暴れる機械獣・ザイラを倒すためにマジンガーZが出撃。ところがその頃、別の機械獣・ダンチェルが富士山麓にかかった霧に隠れて、守備の手薄になった光子力研究所に忍び寄っていた。マジンガーZはザイラのために釘付けにされ、研究所に戻ることが出来ない。さやかがアフロダイAで出撃して必死に守るが、液体酸素を武器とするダンチェルは手強く、防衛チームも歯が立たない。このまま敗北してしまうのかと思われた、その時…。
機械獣・オゾネスB3は街を破壊するだけ破壊すると、戦わずして姿を消した。あしゅら男爵は変装して荒れ果てた町に現れると、災難の元凶は光子力研究所であると人々を扇動して弓教授を襲わせる。査問委員会も研究所の閉鎖を要求。理性を失った群衆は甲児の家に押し寄せ、さやかまであきらめて研究所を放棄しようとする。戦う意味を見失った甲児は家に閉じ籠もったまま、機械獣が再び現れても出撃しようとしない…。
光子力研究所では、アフロダイAを強化改造するべきか否かを話し合う会議が行われていた。結局、改造計画は多数決によって却下されてしまう。その頃、町では謎の放火事件が続発していた。ボスは、公園のアブドラ大魔神像が怪光線を発射して火を放つのを目撃。大魔神像は機械獣・アブドラU6だったのだ。ボスの報告を聞いたさやかは、アフロダイAの存在感を知らしめて改造計画を実現させるため、一人で出撃してアブドラU6に挑む。
弓教授が科学会議に出席して留守にしている間、のっそり、もりもり、せわしの3博士が共同で所長代理を務めることになった。ドクターヘルは3博士に催眠術をかけると、マジンガーZをあらかじめ格納庫より出させておき、研究所の近くにミサイルを撃ち込む。ミサイルの弾頭には機械獣・ディモスF3が隠れていた。ディモスF3は分散と復元を繰り返しながらマジンガーZの破壊を試み、甲児はなかなかパイルダーオンすることが出来ない。
あしゅら男爵がシローを誘拐。命を助けて欲しければマジンガーZを放棄せよと要求してくる。独自に捜査網を敷いた甲児たちは海底要塞サルードの位置を突き止めるが、シローを人質に取られている限り手出しはできない。さやかの前には機械獣・ダイアンN4が現れ、空飛ぶ腕を使って襲いかかってくる。連絡を受けた甲児はホバーパイルダーに乗り込んで戦おうとするが、あしゅら男爵によってマジンガーZと分離させられてしまう。
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