天野健太、天野遥放学后回到祖父天野博士的研究所。幻想着维护世界和平的天野博士发明了不少战机、战车等交通工具藏于他的地下格纳库。这一天，天野博士启动他最新制造的仿真机器人“火鸟勇太郎”时出现故障引起火灾。虽然火被他们扑灭了，但佐津田刑事带着大批警车、消防车、救护车来带研究所调查。这时，两个相互对立的力量——宇宙警备队和三兽合体魔王从宇宙深处飞来地球，分别降落在天野博士和死对头积高博士的研究所。仿真机器人“火鸟勇太郎”突然动起来，并自己弄成人类的模样。一只蜈蚣机械兽在沙地油田附近闹事，火鸟勇太郎驾驶着的火焰喷射机紧急出动。勇太郎突然和火焰喷射机合体变成巨型机器人“火鸟号”，再跟“火焰战机”合体变成“武装合体火鸟号”，使出绝招“火焰剑·烈火燃烧”将敌人打倒。天野博士对自己的机器人和战机有如此功能刚到诧异。