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春风小学六年级的拳一、浩美和忍在返校途中遇见齿轮王与吉格，一只由坏铅笔刨生成的机械兽突然袭击他们。三人被恐龙机器人带到六千四百万年前，并从光之战士艾度兰手中获授三台恐龙机械，肩负起守护地球的使命。

击败机械兽后，孩子们反被批评毁坏学校，武田长官还禁止他们驾驶哥修罗。拳一等人夜里潜入学校，打算把机器人移回原校舍，却被武田抓个正着；机械兽就在这时再次出现。

6年2组为驾驶员人选争论不休。厌恶争斗的浩美落单后遇上机械兽，而缺少他的兰多斯泰戈无法发挥力量，让赶来的伙伴陷入危机。

睡过头的拳一误进1班教室，引出一场班级争执。高木老师要求他们在十分钟内回校，否则收走午餐；与此同时机械兽来袭，孩子们必须用最快速度解决战斗。

库子、由香和春绘担心周末机械兽来袭，却被同伴嘲笑胆小。第二天她们外出购物时，乘坐的巴士被吉格改造成机械兽，三人反而陷入最危险的处境。

游戏厅出现击败拳一等人的神秘高手，竟是忍的奶奶。忍因羞恼责怪奶奶，后来发现她只是感到寂寞；准备道歉时，抓娃娃机突然变成机械兽。

五郎因班会被搅乱、同学不服自己而宣布辞去班长，却没人挽留。哥修罗随后遭遇高速机械兽，反复被对方甩开，指挥室陷入混乱。

洋二暗恋弥生老师，男生们起哄、女生们看戏。洋二跟到百货公司准备告白时，机械兽将大楼点燃，老师被困火海，他抱着灭火器冲入烈焰。

忍被母亲要求穿和服保持淑女，还必须一整天不弄乱衣服。机械兽来袭时，她披着和服无法专心战斗，扎乌拉战队因此被逐渐逼入绝境。

金太迎来小学最后一场柔道决赛，由香和拳一偷偷去助威。比赛中机械兽出现，两人瞒着金太出击却陷入苦战；金太必须在比赛与同伴之间作出选择。

教授与秀三为哥修罗开发超电磁屏障，却把机体变成巨型电磁铁，吸附了一身防卫队战车。就在尴尬时机械兽出现，实验装置迎来了真正的考验。

拳一、小胖和乔比打篮球，弄坏校长珍爱的匾额，三人偷偷修补想放回原处，却被全校发现。机械兽来袭时，他们仍惦记着藏起来的匾额，无法专心战斗。

电视台想拍摄由哥修罗主演的特摄剧，孩子们的演技却一塌糊涂。真正的机械兽出现后，导演坚持让他们照剧本演出，众人只能边战斗边拍戏。

艾莉崇拜浩美的外科医生母亲小夜子，却发现她生活中十分笨拙。拳一突发急性阑尾炎需要手术时，机械兽将街道和医院冻结，众人必须突破冰封救人。

6年2组制作特别节目，回顾哥修罗、喷气机和队员们的战斗。Q版齿轮王与吉格突然闯入，试图夺取节目并介绍机械化帝国。

齿轮王失去机械神最后的信任，决定拉着哥修罗同归于尽。吉格夺取喷气机操纵席制造混乱，齿轮王又吸收机械兽残骸，变成能够不断重生的强化形态。

电气王继续机械化行星，并处决失势的吉格。防卫队在北冰洋发现来自六千四百万年前的机舱“扎乌拉陀螺”，众人赶到现场寻找新机体时，电气王突然来袭。

金太跃入时空裂缝来到恐龙时代，在火山口找到新机器人，裂缝却在他返回前关闭。留在北极的同伴相信他的承诺，继续对抗死亡闪电和巴隆加农。

6年2组因活跃登上新闻，却因“守护地球就可以不学习”与老师冲突。孩子们加入防卫队后迎来严酷训练，开始怀疑守护地球是否该成为生活的全部。

养鸡委员育代赶走闯进鸟舍的小猫，却又悄悄温柔照顾它。防卫队的新型战车被机械化后，出击中的扎乌拉喷气机里突然传来猫叫。

电气王把军事卫星变成机械兽，从宇宙推行地球机械化。孩子们首次在无重力空间战斗，机体被能量环困住，陷入前所未有的危机。

洋二受不了家人逼他学习而离家出走，在朋友帮助下混上一艘油轮。潜水型机械兽来袭，油轮还可能泄漏原油，洋二必须冒险掌舵拯救全船。

电气王分析哥修罗的战斗模式，派死亡闪电迎战。暑假中的孩子们感到莫名惆怅，拳一偷偷返回学校，却遭遇由防卫队导弹改造的机械兽。

扎乌拉战队去温泉旅行，男女混浴和遗失的内衣引发拳一与忍的大吵。电气王率战舰机械兽来袭时，两人的内讧让团队合作跌到谷底。

电气王与死亡闪电融合，直奔地球复仇。防卫队即将完成新型机器人，洋二与武田长官争夺驾驶权，敌袭却打断了测试。

超级死亡闪电压倒哥修罗与麦格纳哥修罗。洋二冒险驾驶被夺走的防卫机器人，坠入地下后遇见艾度兰，在光芒中获得新的力量。

新机械王引擎王与巨大机器人吉尔塔波从月球来袭，孩子们升入新学期后也各自忙碌。孤独的拳一在秘密基地遇见三个自称“少年扎乌拉战队”的孩子。

电视报道让洋二人气暴涨，他开始沉迷明星待遇，甚至宣称要独自打倒敌人。机械兽出现后，他的个人英雄主义不断破坏团队阵形。

教授开发三台哥修罗的合体程序，却在全校面前试验失败，还被拳一弄坏电脑。负气出走的教授扮成不良少女，城镇另一边则遭到合体机械兽袭击。

双胞胎小万和小吐争论念力真假，又在出战时擅自换座，导致合体延迟。等哥修罗暂时脱险时，导弹却触发了五分钟倒计时。

浩美决定以扎乌拉战队为漫画题材，却为女主角原型发愁，偷拍照顾受伤同学的库子反被误会。合体机械兽来袭，哥修罗被缠住，浩美也受了伤。

春季小学运动会进入最后项目，1班和2班同分争夺拔河冠军。就在决胜前，合体机械兽出现，孩子们不得不在比赛与出击之间作选择。

拳一因零分被停发零花钱，决定拼到满分，却因临时苦读搞得精疲力尽。考试迫在眉睫，他竟开始实施作弊计划，敌方威胁也同时逼近。

扎乌拉战队受邀前往游乐园，老师、武田和少年战队也在场。邀请其实是复活的吉格设下的陷阱，过山车、恐龙园和游戏厅都暗藏机械兽与炸弹。

小胖爱上红衣美少女，大家帮他找人，却发现遗落的手帕属于春绘。春绘穿雨衣去说明真相，却被高喊“请嫁给我”的小胖追得逃跑，合体机械兽同时现身。

拳一、洋二和金太争论谁最会驾驶，五郎劝阻反被激怒，甚至砸乱了教室。出击后三人擅自交换座位，导致机体各自为战，根本无法合体。

学校爆发流感，半数队员病倒时大量机械兽出现。孩子们带病出击，合体后的哥修罗仍被敌方与吉尔塔波的终极合体机械兽击溃。

孩子们借1班协助飞往宇宙营救中岛老师。引擎王在月面背叛机械神，想夺取禁忌的“心之力”；哥修罗救出老师后，机械化城却吸走了这股力量。

机械城开始自爆并威胁地球一切生命，引擎王又为吉尔塔波复仇挡住去路。中岛老师以守护孩子的心说服他，引擎王终于理解“心之力”的真正含义。

地球突然完全机械化，艾度兰传来恐龙时代告急的消息。机械城爆炸产生的时空洞改变了历史，孩子们决定穿越洞穴回到恐龙时代，消灭机械帝国。

众人在恐龙时代先寻找食物，小胖发现一颗恐龙蛋，孵化后又决定保护幼崽。随后他们跟踪迁徙的恐龙群，发现恐龙正与机械帝国交战。

黑暗哥修罗压制王者哥修罗，关键时刻艾度兰以光救下众人。他解释吉尔塔波头部和机械城爆炸造成了历史改变，并将最后能量托付给孩子们后消失。

拳一主张先发制人，却未获多数同学支持，只带少数人驾驶两台机器人出击。留在后方的伙伴终究赶来支援，原子王却启动了地球毁灭装置。

扎乌拉战队纪念电影完成，制作、恋爱、发明与校园回忆等片段轮番上映。试映会正热闹时，机械神突然出现在银幕上。

新学期开始，拳一与忍在公园回忆六年级经历，死去的齿轮王却突然现身，把城市机械化。拳一保护忍后逃走求援，齿轮王又巨大化为强化后的齿轮大王。

拳一突然能轻松击败电气大王，学习和运动也异常出色。忍最先发现不对：他为救人徒手毁车，肘部伤口下露出机械结构，身体正被机械化。

拳一的机械化持续加剧，防卫队尚未完成的物质复原装置是唯一希望。伙伴们以社会科参观为名潜入基地启动装置，引擎大王却在关键时刻来袭。

物质复原装置终于完成，却被机械化帝国四天王察觉。为保护秘密基地，拳一独自引开敌人却被捕，伙伴们决定不顾暴露风险出动救援。

拳一恢复身体，班级准备毕业典礼，但基地已经暴露。四天王把学校乃至中岛老师机械化，失去哥修罗的孩子们深切体会到自己的弱小，拳一仍重新站起。

机械神用巨型电缆贯穿并操纵王者哥修罗，把城市与人逐一机械化。地球人的心没有被夺走，众人借加油声挣断电缆；艾度兰授予新力量，王者哥修罗与学校合体为学园哥修罗。

毕业典礼终于到来，孩子们回顾与哥修罗并肩作战、共同成长的一年。他们担心毕业后机器人无人照顾，便请校长也为王者哥修罗举行毕业式，拳一郑重递上毕业证书。