前作でゴジラに倒されて海底に沈んだメカゴジラの残骸を、ブラックホール第3惑星人が天城山の地底基地にて真船信三博士の協力のもとでゴジラと戦った際のデータを精査し、追加装備を施して復元修理、強化した改修型の機体。

胸部下側の造形が台形模様から「V」の字型に改良されているが、これは吸収しやすかったゴジラの放射能火炎を左右に散らすためである。また、腰の五角形の中も変わっているほか、二の腕のエンブレム「MG」が「MG2」となり、前作では「MG」の色が赤だったが、今回は青になっている。全身の外装がほぼ銀一色に近かった前作に比べやや黒ずんでいるほか、重なった装甲部分もさらに一段暗い色となっており、胸や肩の形状も異なり、尾の垂直尾翼部側面に3つの円形のディテールが存在する点も、前作との違いである[。背びれの並びや形状も異なり、かかとには蹴爪状のディテールも加えられている。新たに改良された回転式フィンガーミサイルの威力は特に高く、チタノザウルスとともにゴジラを生き埋めにする。

生き埋め状態から復活したゴジラによって前回と同様に頭部をもぎ取られるが、その下には強力な電子頭脳ヘッドコントローラーが装備されており、反撃に出てゴジラを追いつめる。さらに、前回の反省からメカゴジラ2へのコントロールはブラックホール第3惑星人の基地から遠隔操縦で行わず、真船博士の娘であるサイボーグ少女・桂にメカゴジラ2のコントロール装置を埋め込んで桂の脳波とリンクさせることによって行っている。前作のように頭部が破壊されても桂が死なない限り活動が停止することはないが、頭部からレーザーヘッド装置へ指令電波を切り替える際には若干のタイムラグが生じる。桂に自決されてコントロールが切れたあとは何の抵抗もできなくなり、先ほどまでゴジラを放り込んでいた谷底に投げ飛ばされ、その直後に放射能火炎を浴びせられて全身のミサイルや回転式フィンガーミサイルに誘爆した結果、体内の全自動ミサイル工場に引火して大爆発した。