ムウ帝国に拉致された真琴と旗中は、ムウの大群衆の極彩色の群舞の中で、華麗なるムウ帝国女帝より、守護竜マンダの生贄として死刑を宣告される。なおも世界を脅迫し続けるムウ帝国によって、世界各地に最後通告が行われる。東京丸の内も陥没、ムウ帝国の潜水艦の怪光線により東京湾の船舶が炎上する地獄図の中を、海底軍艦の雄姿が空中に出現した。これ以上のムウ帝国の暴虐を阻止せんと破壊された基地をドリル衝角で突破して出撃したのだ。潜航し、逃走を図るムウ帝国の潜水艦を追って、海底軍艦もまた潜航する。
一方、真琴と旗中らは拉致された土木技師らと共に奴隷労働を強いられていた。作業現場より盗み出した特殊火薬を武器に、女帝を人質に取り、脱出を図るがここは海底である。だが、そこにムウの潜水艦を追って海底軍艦が到着した。マンダの妨害を排除し、楠見と神宮司らは脱出者を海底軍艦に収容した。今こそ心をひとつにした父と娘の再会である。喜びもそこそこに、海底軍艦はありえざるゲストを迎えることになった。ムウ帝国の女帝陛下だった。
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神宮司大佐の和平の提案を、無礼と一蹴し、「余を殺せてもムウ帝国を滅ぼすことは不可能じゃ」と冷たく言い放つ女帝に対し、神宮司は毅然と返すのだった。「ではムウ帝国の心臓部を攻撃してご覧に入れよう。」
劇中の海底軍艦、ムウ帝国潜水艦ともにデザイン担当は小松崎茂。小松崎は「潜水艦とロケットとでは根本的に構造が違うので、轟天号のようなものを実際には作れないのは分かっているが、映画の画面ではそれなりに観客を納得させられるようにデザインした」との趣旨の発言をしている。設定ではキャタピラを出して地上を走る陸上型の変形もあったが、劇中では描かれなかった。
轟天号は、劇中ではその装備のひとつ「電子砲」を使用することは結局なかったが、東京湾内でムーの潜航艇と対峙して砲撃を交わす合成素材用の特撮フィルムは現存しており、何らかの事情で場面カットされ、光線の合成まで至らなかったようである。カットされた特撮フィルムは、ビデオ「特撮未使用フィルム大全集（1986年（昭和61年））」、または「ゴジラ DVDコレクション（2008年（平成20年））」の特典映像で確認することができる。
金属製・木製の16尺・6尺・1尺の三種類、またロケット型の3尺ミニチュアが作られ、メインの撮影には6尺タイプが使われた。先端のドリルはアルミの削りだしで作られ、電動で回転する際に衝角が前後に動く凝った仕掛けがなされている。3尺ミニチュアは、ロケット型への変形描写のため、艦首が胴部に収納・上昇するよう作られた。