東宝怪獣映画第25作目となる。前作『地球攻撃命令 ゴジラ対ガイガン』に引き続き、ゴジラは怪獣島を住みかとしており、ジェットジャガーの要請を受けて出動する「正義の怪獣」として描かれた。検討用台本での題名は『ゴジラ対メガロ 海底王国全滅作戦』、準備稿での題名は『昆虫怪獣メガロ対ゴジラ 海底王国全滅作戦』となっていた。本作の脚本は、当初関沢新一に執筆依頼が持ち込まれたが、当時の関沢は作詞業にかかりきりで執筆の時間が無く、「海底人が核実験に怒り怪獣を派遣する」という簡単な原作だけを提供。企画立ち上げから撮入まで全く時間が無かったため、監督の福田純が脚本に起こすという体制で企画作業が進められた。「東宝チャンピオンまつり」の番組となって以来、新作ゴジラ映画は低予算化が強いられ、脚本段階からさまざまな制約を受けるものとなっていた。特殊技術の中野昭慶は「とにかく低コスト、最低の時間でどこまでやれるんだという、そういった問題との取り組みがものすごくあった」と語っている。この低予算を受け、キャスト面では新人を中心として小人数となり、ゴジラシリーズで唯一、メインキャストに女性が存在しない作品となっている。本編面でも伊吹博士の研究所やシートピア王国のセットが組まれた以外は、ほとんどロケで撮影されている。特撮面でも、中野によると予算がないため、決戦シーンでは何もない荒野しか用意できなかった。実質的な撮影期間は全盛時の4分の1以下、2週間ほどだったという。このような予算不足のため、メガロによる都市破壊のシーンには、前作同様、過去の作品からのフィルム流用が多い。そんな中、メガロによるダム破壊シーンは、オープンセットによるフルスケールのミニチュアが組まれ、迫力のある見せ場になっている。特技監督の中野昭慶は「乏しい予算の中の一点豪華主義」と述べている。怪獣同士の戦いの描写は、「怪獣タッグマッチ」がコンセプトにあり、ゴジラがVサインをしたり、メガロが尻を叩く仕草をして挑発するなど、かなり人間味を帯びている。擬人化した本格的な立ち回りが採り入れられたため、撮入前に体育館を使って、アクション俳優の渡辺高光による殺陣の指導が行われた。主題歌歌手には当時大ヒットしていたテレビ番組『仮面ライダー』（東映、毎日放送）で知られる子門真人を起用したほか、ジェットジャガーのテレビヒーロー調デザイン、巨大化の描写など、当時の「変身・怪獣ブーム」によってテレビを中心に量産されていた巨大ヒーロー番組の影響を少なからず受けており、また東宝も本作の公開後、自社で制作したテレビ映画『流星人間ゾーン』（日本テレビ）でゴジラやガイガン、キングギドラを登場させて設定の発展を試みている。その一方で『ゴジラ対ヘドラ』以後、「公害」をテーマに置いていた「ゴジラシリーズ」で久々に（そして昭和ゴジラシリーズでは最後の）「反核」をテーマに置いた作品であり、ラストは地上の人間の核実験を反省する主人公たちの会話で締めくくられる。核実験の犠牲者であるゴジラ（本作中ではこの設定は省略されている）が同じ核実験の被害者であるシートピア王国と戦う皮肉な展開となった。「本編にも何か見せ場が欲しい」という福田の意向で、自動車が階段や急な崖を下ったり、プレハブを突き破る等の派手なカーチェイスシーンが撮られた。カースタントは『動脈列島』（1975年）でもスタントを担当した「チームザンバ」が行い、この撮影には特撮班もキャメラ応援を行っている。本田技研工業がタイアップ協力しており、研究所に落ちていたボタンと砂を分析するシーンは本田技研工業技術研究所で撮影されている。冒頭の湖でのイルカの乗り物のシーンはDVDのオーデオ・コメンタリーの佐々木勝彦の回想によれば、1972年12月に本栖湖で撮影された。その時、佐々木と林は福田監督に吐く息が白く映るためにポケット・ウイスキーを飲まされたと佐々木が発言している。
キハ8000系の運用が大きな発展を見せたのは1970年である。この年7月、立山黒部アルペンルートが貫通（開通）し運行（乗り入れ）区間も夏季限定ではあったが、玄関口である富山地方鉄道（富山地鉄）立山線立山駅（富山駅経由）まで延長され、列車名も「たかやま」から「北アルプス」へと改称した。このため所要の車両数確保を目的として、キハ8000形・キハ8200形計6両を増備している。またこの延長運転には名鉄が当時最も注力していた北陸進出の一環との意味合いも込められており、資本参加を画策していた富山地鉄に対する影響力の増大を意識した名鉄の企業戦略に則ったものであった。後に富山地鉄への資本参加（グループ化）は断念したが、その後も良好な協力関係を築くきっかけともなった。1976年10月、国鉄の増収政策を背景に「北アルプス」は特急列車に格上げされた。客室設備の水準の高さがこの措置を可能としたとも言える。塗色は急行色のまま塗分のみ国鉄特急形気動車に準じた形に変更され、運転台窓下に羽根状の帯を入れた。これより、国鉄のキハ82系に一層よく似たものとなった。予備車も少なく一夜にして急行から特急へ変更する経過措置として塗色はそのまま急行色を使用したと思われるが、結局この配色は8000系全廃時まで変更されることはなく、全国で唯一、急行配色のまま運行された特急列車であった。立山乗り入れは1983年夏まで13年間継続したが、名古屋駅 - 富山駅間の直通客は所要時間の短い北陸本線経由の特急を利用するという実情もあり同年の夏季ダイヤ終了後は神宮前駅 - 飛騨古川駅間に運転区間を固定し、富山地鉄への直通も取りやめた。その後、1985年には再び富山駅まで区間延長されたが、同時に車両運用（連結両数）も見直され余剰となったキハ8100形2両がこの時点で廃車された。この時期には通常キハ8200形またはキハ8000形2両+キハ8050形1両（2M1m）の3両編成での運行が基本となっていた。1988年にはキハ8000形とキハ8050形が全廃となって中間車が存在しなくなり、キハ8200形5両のみが残る体制となった。国鉄民営化によって発足した東海旅客鉄道（JR東海）は1989年、高山線特急「ひだ」に従来のキハ80系気動車に代わり、大出力エンジン搭載の新型車キハ85系気動車を投入した。1970年代後半には簡易リクライニングシート、90年代に入れば本格的なリクライニングシートが標準仕様であった優等列車の設備傾向に比し、1960年代の仕様であるキハ80系の「回転クロスシート」より水準の低い狭幅の「転換クロスシート」で、走行性能も、最終的に2基エンジン車のみになったとは言え1960年代の急行形気動車並みであり、さらにもともと特急運用を想定していなかったこともあり、台車も金属バネ仕様であったキハ8000系の陳腐化が顕在化した。もとより準急列車への使用を企図した接客設備は準急・急行形としては優秀であったが、特急形の水準としては十分なものではなかった。1990年には西日本旅客鉄道（JR西日本）エリア内への乗り入れを中止し、再び運転区間を高山駅までに短縮したが翌1991年、「北アルプス」の車両は後継形式のキハ8500系気動車に置換えられ、キハ8000系は残存の全車が運用を終了し、除籍された。その後、尾西線日比野駅側線に稼動可能な状態で留置され、対外譲渡を検討したものの車齢と車体重量が原因で成就せず、最後に残ったキハ8200形5両も全て解体された。