Insieme a Masako e Ando, Takuya si reca sull'isola e, dopo una serie di avventure, i tre scoprono che l'elemento estraneo presente sull'isola è un enorme uovo. In seguito, apprendono da due piccole fate che si tratta dell'uovo di [[Mothra]], una divinità dell'antica civiltà Cosmos.
Millenni prima, infatti, i Cosmos avevano creato una macchina in grado di mutare il clima planetario. Di fronte a questo pericolo la [[Terra]] aveva liberato [[Battra]], fratello malvagio di Mothra. Mothra era riuscita a sconfiggerlo a costo della vita di tutti i Cosmos, eccetto le due fatine presenti sull'isola. Adesso, a causa del meteorite, la Terra ha di nuovo liberato il mostro Battra.
Ando propone di portare l'uovo in Giappone per preservarlo prima dell'arrivo di Battra, ma intanto quest'ultimo si era già risvegliato in forma larvale e stava devastando la costa giapponese. Mentre gli umani portano l'uovo in Giappone insieme alle Cosmos, appare [[Godzilla]], che attacca la nave. L'uovo si schiude e Mothra, sotto forma di larva, affronta il re dei mostri.
Durante lo scontro appare Battra, che attacca Godzilla. In un combattimento sottomarino, però, la Terra risucchia i due mostri nelle sue viscere di magma. Inaspettatamente Ando rapisce le Cosmos con l'intenzione di offrirle al suo capo come testimonial della ''Marutomo Enterprise''. Masako e Takuya tornano a Tokyo per cerare le fate rapite, ma l'archeologo dopo averle trovate da solo si nasconde in un albergo all'insaputa della ex moglie Masako e la figlia Midori. Masako e Midori ritrovano però Takuya grazie all'aiuto della sensitiva Miki Saegusa, che riesce a percepire la canzone con la quale le Cosmos invocano Mothra. L'archeologo viene convinto a lasciare le fatine e a tornare a vivere con la moglie e la figlia. Intanto, però, Mothra, alla ricerca delle Cosmos, sta devastando la città. Implorate da Midori, le Cosmos interrompono la furia della divinità, che viene gravemente ferita dall'esercito. Ritiratasi sul palazzo della Dieta, la larva si trasforma in un grande bozzolo. Simultaneamente un vulcano sottomarino e il [[Fuji (monte)|Fuji]] eruttano, liberando Battra in versione Imago e Godzilla.
Dal bozzolo emerge Mothra in forma di falena, che si batte a [[Yokohama]] con i due nemici. Mothra si allea con il fratello e le due farfalle attaccano Godzilla buttandolo in mare. Nell'operazione però Battra muore, colpito dal raggio atomico di Godzilla. Le Cosmos si trasformano poi in spiriti ed entrano in Mothra, che vola nello spazio per fermare un grande asteroide.
L'idea di girare un nuovo film incentrato su [[Mothra]] risaliva a un copione scritto nel 1980 da Akira Murao e intitolato ''Mothra contro Bagan'', che parlava di un drago mutaforme di nome Bagan che tentava di distruggere l'umanità per i suoi abusi nei confronti del pianeta, ma che poi sarebbe stato sconfitto da Mothra, la dea della pace. La trama fu modificata da [[Kazuki Ōmori]] dopo la distribuzione di ''[[Godzilla contro Biollante]]'', ma il progetto fu scartato dalla Toho, siccome Mothra era considerata un personaggio relativamente difficile da presentare al pubblico straniero, in contrasto con il più celebre Godzilla.<ref name="kalat2010.2">{{Cita libro|cognome1=Kalat|nome1=David|titolo=A Critical History and Filmography of Toho's Godzilla Series|data=2010|editore=McFarland & Co.|città=Jefferson, N.C.|isbn=978-0-7864-4749-7|pp=179–183|edizione=2nd}}</ref> Il direttore degli effetti speciale Koichi Kawakita scrisse un copione alternativo intitolato ''Godzilla contro Gigamoth'' nel 1991, dove Godzilla si scontrava con Mothra e una gemella irradiata chiamata Gigamoth, ma l'idea fu respinta dalla Toho anche se l'intreccio però conteneva elementi che si sarebbero poi visti in ''[[Gojira VS Destroyer]]'' quattro anni dopo, specificamente dei veicoli di guerra con raggi congelanti.<ref>[http://www.tohokingdom.com/cutting_room/godzilla_vs_gigamoth.htm Cutting Room: Godzilla vs. Gigamoth], ''Toho Kingdom'' (accessed 16/02/2016)</ref>
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