大怪獣空中戦 ガメラ対ギャオス
翌朝、名古屋港に流れ着き対策本部に接収されたギャオスの片脚は、紫外線を浴びてみるみる縮んでいく。ギャオスは日光、紫外線を浴びると細胞が死滅する完全夜行性の動物だったのだ。そのころギャオスは巣穴で、失った片足首を一晩で再生させていた。「ガメラは回転しなかったから甲羅の上でも目が回らなかった」との英一の言葉から新作戦が決定。人工血液の噴霧でギャオスをおびき寄せ、ホテルの回転展望ラウンジで目を回させ、夜明けまで足止めさせる「回転作戦」が実行に移される。作戦は成功するかに見えたが、無理な電圧に回路がショート、夜明けまであと少しのところで失敗してしまう。
一方村ではギャオス出現による高速道路ルート変更決定のために、村人たちと金丸村長の仲違いが始まった。激しく責め寄る村人を泣いて追い返す英一に、金丸は欲に駆られた自らの浅ましさを恥じ、英一の言に従って持ち山に火を放ってガメラを呼び寄せることを決意する。激しい山林火災に急行し、胸から黄色い消火液を噴霧するギャオス。そのとき英一たちの目の前に、ガメラがやってくる。英一の声援を背に、ガメラとギャオスの二大怪獣の最後の戦いが始まった。ガメラは切断光線に苦慮しつつも一瞬の隙にギャオスを急襲、背後から首に噛みつく。やがて夜明けを迎え、弱々しくも抵抗するギャオスをガメラは腹で抱え込むように飛び立ち、富士山火口に引きずり込む。火口から放たれた一筋の光はギャオスの断末魔だった。
人々に笑顔が戻り、堤と村長、村人たちもそれぞれ和解する。そして英一は火口から飛び去っていくガメラをいつまでも見送るのだった。
「ガメラの歌」 作詞:永田秀雅 作・編曲:小町昭 唄:ひばり児童合唱団 演奏:大映レコーディングオーケストラ
予告編と本編のエンディングテーマに使用された。バックに前2作と本作品のハイライトシーンが流れるが、これは大映本社の意向だった。海外売りの際に上映時間の規定を満たすための処置で、以後の定番となった。湯浅は「歌にシンクロして画面が出る」というこの趣向を「のちのカラオケ方式」と評している。