アメリカに渡り、NASAで学んでいた兜甲児が日本に戻ってきた。宇宙から訪れた未確認飛行物体の正体を探ろうと、甲児は人類の手によって開発された空飛ぶ円盤・TFOを発進させる。UFOは甲児を攻撃。突然の窮地を救ったのは、宇門大介ことデュークフリードと、謎のUFOロボ・グレンダイザーだった。
地球にやって来た円盤・ミニフォーは、侵略目的で月に前線基地を設置したベガ星連合軍の尖兵だった。母星から指令を下すベガ大王を筆頭に、前線基地スカルムーンの最高責任者であるガンダル司令、攻撃隊長のブラッキー率いる円盤部隊が、地球侵略を虎視眈々と狙っていたのである。人類に立ち向かう術はあるのか?
大介はグレンダイザーを頼りに、ベガ星連合軍に立ち向かう決意を固めた。しかし、ベガ大王の恐ろしさを身をもって知る彼は、年に一度の楽しい牧場祭を前にしても、地球総攻撃の不吉な悪夢に悩まされてしまう。それでも隣の牧場の息子である荒野番太に手伝ってもらいながら、祭の準備に取り掛かるのだが…。
甲児はTFOに武装を施し、自らも戦線に立とうとしていた。一方のベガ星連合軍は、フリード星の王子である大介を捕らえるために、隠れていそうな場所にしらみつぶしに攻撃を加えていた。大介が怒りに任せて出撃しようとすると、甲児が「それでは敵の思うつぼだ」と止め、TFOに乗り込んで代わりに戦おうとする。
甲児が飛行機コンテストに出場することになった。シラカバ牧場から来たひかるや吾郎たちの応援にも熱が入る。だが、甲児のフライト直前になって、宇門博士と大介がベガ星連合軍の襲撃の兆しを察知。出場を辞退して帰還するよう伝えるが、順番の迫っていた甲児はそのまま出場する。その間にミニフォーが飛来して…。
大介をおびき出すため、ガンダル指令は東京を攻撃するよう指示。観光バスに乗っていたひかると番太が、円盤獣に吸い込まれてしまった。甲児が二人を救出しようと、円盤獣の体内に飛び込む。グレンダイザーが一足遅れで到着するが、仲間の三人が円盤獣の内部にいるとなっては、迂闊に攻撃を加えることも出来ない。
ベガ大王直属の親衛隊員であるゴーマン大尉が、マザーバーンにやって来た。彼はブラッキーを差し置いて、独断で地球攻撃計画に着手。大介がグレンダイザーで出撃して立ち向かうが、出世欲に突き動かされる大尉に退却させられたばかりか、発信機によって宇宙科学研究所の位置を突き止められそうになってしまう。
大気圏外に広がる謎の雲を調査するべく、甲児がTFOで宇宙に向かった。実はこの雲、グレンダイザーを孤立させて宇宙機雷で破壊するために、ブラッキーの仕掛けたレーダー遮断幕だった。そのことに気付いた時には既に遅く、TFOは操縦不能に陥る。甲児は何とか不時着させるが、着陸の衝撃で気を失ってしまう。
新たなる刺客・コマンダーミネオ。彼女に与えられた任務は、グレンダイザーと共に自爆することだった。ルビー星出身の彼女は、ベガ星連合軍に侵略された母星の安全と引き替えに任務を引き受けたのである。だが、彼女はあえなく任務に失敗。乗り込んだミニフォーが墜落して傷を負っていたところを、大介に助けられる。
新一少年は、宇宙人に会って円盤に乗せてもらう約束をしたことを、誰にも信じてもらえずにいた。彼はデタラメだとバカにした番太に仕返しをする。そのことを父親に叱られて走り去った直後、妙に素直な様子でシラカバ牧場に姿を現し、牧場内部を調べ回り始める。不審に思った大介が、こっそり後をつけてみると…。
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