巴尔斯岛地层中蕴含的高纯度天然铀因热液喷射引发急剧核裂变反应，导致岛屿消失。受此影响，哥斯拉的归巢本能出现异常，同时体内炉心的核能暴走导致体内核分裂异常活性化，进入拥有超越核武器的巨大核爆能量状态。之后持续暴走，为追赶后文提及的小哥斯拉袭击香港，原本呈蓝色的放射热线因体内温度异常而变为赤红色，全身处于高热状态，背鳍与体表因超高温赤热化，体内水分蒸发并喷出蒸汽，呈现异常姿态。

随后从台湾近海经冲绳近海移动至丰后水道，为寻求核物质逼近伊方核电站，但遭出动的超级XIII冻结并注入镉弹。结果体内核裂变反应被抑制，避免了核爆炸危险，但转而因体内炉心温度异常上升导致心脏部位高温熔化，当体内温度超过1200℃时面临熔毁危机。

最终阶段登陆羽田机场与小哥斯拉相遇，但小哥斯拉随即被戴斯特洛伊亚造成致命伤。哥斯拉在新跑道"巨鸟"设施为奄奄一息的小哥斯拉输送能量，但小哥斯拉仍死亡。暴怒的哥斯拉在持续暴走状态下袭击戴斯特洛伊亚，以不稳定但压倒性的力量将其逼入绝境。戴斯特洛伊亚因无法承受猛攻试图逃亡时被自卫队追击击倒，而哥斯拉终于开始熔毁。此最终决战中所有技能均异常强化：放射热线变为橙色螺旋状能量束，体内放射的威力足以烧尽周边区域。

最后在自卫队为将熔毁损害最小化而发射的超低温激光与冷冻弹攻击中，哥斯拉以临海副都心为中心散布异常量放射能，同时因自身能量融化消逝。其死后散播的高浓度放射能被小哥斯拉吸收，使小哥斯拉以与哥斯拉相同的姿态成长并复活。