奥特战士们的故乡——M78星云“光之国”遭到神秘敌人的突然袭击，赛罗奥特曼对自己的力量过于自信，差点失手。在父亲赛文奥特曼的帮助下，赛罗奥特曼成功突围并消灭了敌人。为了弥补自己的草率，赛罗奥特曼只身一人担负起一探敌人真正身份的任务。他戴着父亲给予他的万能物品——奥特手镯，向着未知的宇宙空间，独自踏上旅途。在旅途中，赛罗感受到有声音在召唤他，赛罗跟着召唤他的声音，来到了一个未知的行星。赛罗在拯救行星上的人们时，他和身负重伤、奄奄一息的青年“岚”以及他的弟弟“小治”相遇。赛罗奥特曼被岚的勇气所感动，与他合为一体，以岚作为人类形态，拯救了岚的生命。 后来，赛罗遇见了行星艾斯美拉鲁达的公主艾美拉娜，赛罗通过艾美拉娜知晓了敌人的真正身份，操控神秘军团的幕后黑手“银河皇帝贝利亚”！曾被奥特战士们齐心打倒的邪恶奥特战士贝利亚复活了！他创建了强大的银河帝国，展开了称霸宇宙的征程！

故事发生在与伯利亚银河帝国的战斗结束一年后，塞罗奥特曼在本作中与红莲火焰、镜子骑士、詹伯特阻止天体的运转，并结识了新的伙伴詹奈，他们一起踏上了新的战斗旅程。

贝利亚军团被毁灭后，赛罗奥特曼与火焰战士、镜子骑士、钢铁武士组成了“终极赛罗警备队”。现在他们准备再次拜访艾美拉娜公主。因为钢铁武士等不及面见公主殿下，所以他就率先出发了。没想到等赛罗、火焰战士、镜子骑士赶到的时候，却发现钢铁武士抱着公主殿下的飞船，被神秘星球给抓住了。另一边，雷与日向船长驾驶飞船前往行星布拉姆，准备去海边度假。没想到在飞行的路上，眼前突然出现了之前赛罗他们遇到的神秘星球。日向船长拜托熊野队员帮忙调查这颗星球的情况，随后雷和日向船长驾驶飞船潜入了星球的内部。在星球内部雷和日向遇到了艾美拉娜公主，艾美拉娜公主警告雷和日向会有危险，可是雷和日向没有听到。结果雷和日向的飞船就遭到了神秘机器人的袭击。千钧一发之际，赛罗奥特曼、火焰战士还有镜子骑士出现了，解决了眼前的危机。

继百特星人后，恶劣宇宙人美菲拉斯星人、冷冻星人格罗扎姆、策谋宇宙人帝斯雷姆、恶霸宇宙人帝国星人、地狱星人希波利特星人组成地狱五天王。假扮成奥特之母的希波利特星人被赛罗识破计划失败被强力日冕赛罗打败，接着帝国星人、泰兰特、格罗扎姆、帝斯雷姆一起进攻赛罗。但被赶来的詹伯特、詹奈、红莲火焰、镜子骑士相救。赛罗在怪兽墓场打败绑架皮古蒙的美菲拉斯星人后与身穿暗黑铠甲的贝利亚进行苦战但不敌贝利亚，强壮日冕赛罗和其战斗打了个平手，最后终极力量赛罗将其击毁，结果从铠甲中黑暗能量，使赛罗的身体被占据变成暗黑赛罗。暗黑赛罗杀死究极武装赛罗后赛罗凭着“守护”意识变成最强战士光辉赛罗击败贝利亚并让时光倒流复活究极武装赛罗，但同时也复活了贝利亚。

赛罗奥特曼为了救盘龙号的船员，与黑暗洛普斯赛罗展开了激烈地战斗。在战斗过程中，由于赛罗一个不小心被打入了扭曲的空间里，在这个扭曲的空间里，赛罗居然遇到了奥特兄弟，只不过没想到的是，奥特兄弟居然对赛罗发动了攻击。原来这些奥特兄弟并不是真正的奥特兄弟，是一群人造的冒牌货。赛罗虽然无惧这些冒牌的奥特兄弟，但是由于对方人数较多，赛罗一时间也是陷入了苦战冒牌奥特兄弟不断对赛罗发动攻击，赛罗的体力渐渐开始不支了。就在千钧一发之际，雷欧奥特曼现身，特地赶来支援赛罗。在雷欧的帮助下，赛罗与雷欧合力击败了冒牌奥特兄弟。击败冒牌奥特兄弟，赛罗马上逃出扭曲的空间，赶回去支援盘龙号的船员们。从扭曲空间逃出来的赛罗再次与黑暗洛普斯赛罗交手。而日向船长终于查明了这件事的来龙去脉，这一切的背后都是一位叫海洛蒂亚的萨罗梅星人搞得鬼。她企图造出宇宙机器人军团，征服整个宇宙。可惜，有些东西根本不是海洛蒂亚能够掌控的。黑暗洛普斯赛罗的失控，宣布了海洛蒂亚的计划彻底失败。