太古の昔に絶滅したとされる恐竜が生き延びて、地底に巨大帝国を築いていた。恐竜帝国は、長年の念願だった地上世界の征服に乗り出す。人類最後の砦となったのは、恐竜を地下に追いやったゲッター線を研究する早乙女博士の研究所だった。博士の息子の達人が、プロトタイプのゲッターロボに乗り込んで迎撃するが…。
高校生のリョウは達人の仇を討つため、ハヤトやムサシと共にゲッターロボに乗り込んで恐竜帝国と戦うことを決意した。恐竜帝国の刺客である、新たなメカザウルスが出現。三人は出動するが、ベンケイのハ虫類恐怖症のせいで敵前逃亡という失態を招いてしまう。ベンケイは汚名挽回のため、恐怖症を克服する特訓に挑む。
メカザウルス・バジが都市部に出現。バジはばらまかれた七色の気球に誘導され、建造物を見る間に食い尽くしてゆく。このままでは大都市が丸ごと砂漠化してしまう。ゲッターチームが出動するが、バジは攻撃するたびに分裂を繰り返して手に負えない。しかもリョウの致命的な弱点が判明する。彼は高所恐怖症だったのだ。
ウーロン島の島民が、一晩で忽然と姿を消す事件が発生。調査に赴いたミチルが、突然現れたメカザウルス・ゴルに連れ去られてしまった。ゲッターチームに出動命令が下るものの、なぜかハヤトが姿を現さない。リョウとムサシは彼を欠いたままやむなく出撃、敗北したうえに、ゲッターロボに損傷を与えられてしまう。
ゲットマシンの操縦シミュレーションで赤点を取ってしまったムサシは、パイロットとしての自信を喪失してしまった。焦れば焦るほどマシンの操縦は荒くなり、ムサシはスランプの悪循環に。ハヤトまで早乙女博士の指示を無視するなど、三人のチームワークは崩壊寸前だ。最悪の状況の中、メカザウルス・ギガが出現する。
メカザウルス・リボが断続的に大地震を起こし、日本各地に大きな被害が出た。調査に出ていたミチルも負傷して帰還。断線によって電話が通じなくなると、リョウとハヤトはどちらが先に医者を呼んでくるかで意地の張り合いを始めてしまう。リボが姿を現すと、二人はいったん研究所に戻ってゲッターロボで出撃する。
ムサシがバイクの練習をしているうちに緊急招集がかかり、彼だけが出遅れてしまった。メカザウルス・ベラに立ち向かったリョウとハヤトは、そのせいで撤退を余儀なくされてしまう。ムサシは性懲りもなく、今度はラッパの練習に夢中。再びかかった緊急招集に今度は間に合うが、ベラの巧みな作戦の前に苦戦を強いられる。
リョウの所属する浅間学園サッカー部が、ライバルの白樺高校に逆転勝利をおさめた。白樺高校のエース・滝はこの結果に納得がいかず、リョウに一対一の勝負を申し込む。断られると彼は逆上し、ミチルを人質に取って対決の場に呼び出そうとする。事態を知ったハヤトは、リョウの代わりにミチルを取り戻そうと試みる。
恐竜帝国随一の勇士・キャプテンラドラに、帝王ゴールから直々に出撃命令が下った。メカザウルス・ジグに搭乗し、正々堂々とゲッターロボに立ち向かうラドラ。彼は恐竜帝国には珍しい、廉直な義侠心の持ち主だった。敗北して崖から転落しそうになったキャプテンラドラを、リョウが思わず手を差し伸べて助けてしまう。
何者かに航空機が撃墜される事件が続発していた。制空権を確保しようと企む恐竜帝国が、メカザウルス・バズに空中戦の模擬訓練を繰り返させていたのだ。その頃、ゲッター1にばかりに活躍されるのが悔しくてならないムサシは、ゲッター3が主役になるために飛行能力を身につけさせようと、延々と実験を繰り返していた。
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