三国山脈の弓ケ谷の小学生・守（まもる）は空からふわふわと落ちてきたというガラダマ（隕石をこの地方ではこう呼ぶそうである）を学校の大木先生の所に運ぶ。大木先生はそのガラダマが50センチ程あるにもかかわらず、並はずれて軽いことに驚き、東京の一の谷博士の元へ持って行って調べてもらう。隕石を調べた一の谷博士は、「この隕石を形作っている物質は非常に高速で溶解された珪酸アルミニウムの一種でガラス状結晶です。ついこの間、リビア砂漠で発見されチルソナイトと名付けられた鉱物と同種類のものです。やはり、宇宙から飛来した物質として、学会の問題になりましたが、我々には想像もつかない程、優れた特質を持った合金です。」と答える。博士は宇宙人の手になるものと結論づける。
極超短波を断続的に発信し始めた隕石に、一の谷博士は隕石の落ちてきた状況・場所を見るため万城目たちと共に弓ケ谷へ出かける。そこに巨大なガラダマが落下する。ガラダマは轟音を立てて遊覧船をかすめダム湖へ落下、衝撃で遊覧船は山肌にひっかかる。高温のガラダマで忽ちダム湖の水は水蒸気と化して干上がっていく。湖底に現れたガラダマから蒸気が吹き出し、ひびが入ると中から巨大なモンスターが現れる。「モンスターを運んできたカプセルはチルソナイトで作られたものだと断定していいだろう。我々人類よりはるかに優れた頭脳と文明を持つ遊星人の産物だ。彼らはまず自分に代ってモンスターに命令を与える電子頭脳を先に送り込み、それからモンスターを打ち上げた」と推察する。さすがに世界的に有名な大科学者だ。
物語はこのあと万城目たちが遊覧船に取り残された乗客を救助、東京の研究所では由利子の「電波を遮断する方法はないかしら」という言葉に遮断網がかけられ、コントルールを失ったガラモンが停止して、一応は事件は終結する。
しかしながらエンディングナレーションの「だが侵略は終ったのではありません。電子頭脳を破壊したとしても、遊星人は第二、第三の挑戦をかけてくるでしょう。宇宙は広く、我々人類よりはるかにすぐれた文明を持つ星が何億とあるのです」と不気味な余韻を残し、続編「ガラモンの逆襲」へと物語は続いていきます。
