Una spedizione spaziale guidata da un giapponese (Akira Takarada) e un americano (Nick Adams) arriva su una luna di Giove denominata Pianeta X. Qui trovano una razza aliena minacciata dalle incursioni del mostro King Ghidorah. Gli autoctoni, in cambio di condividere con i terrestri scienze mediche avanzate, chiedono di poter utilizzare Godzilla e Rodan per fermare il mostro a tre teste. A circa dieci anni dall'uscita di Godzilla (1954), il kaiju eiga di Ishirō Honda diventa un genere di notevole rilievo in grado di sbarcare anche oltre i confini nazionali, allargando a dismisura la famiglia dei “mostri”. Pur avendo abbandonato totalmente quel messaggio di denuncia verso la minaccia nucleare e abbracciando unicamente un genere di puro intrattenimento, gli schemi narrativi si sono evoluti e, da minaccia per l'umanità, il buon Godzilla ne è diventato paladino contro pericoli ancora peggiori. È il caso anche de L'invasione degli astromostri, che, oltre a portare i confini narrativi oltre l'ambito terrestre, mette in scena un tag team di Godzilla e Rodan contro King Ghidorah. Il valore del film, innegabile, è stato però offuscato in maniera pesante da decisioni produttive, contrarie al volere del regista, che hanno dato alla pellicola toni spesso ridicoli e totalmente avulsi dal contesto.