초등학교 5학년 무사시는 우주비행사가 되어 별의 바다를 여행하고 울트라맨을 만나는 꿈을 꾸는 소년이다. 엄마 미치코는 꿈만 꾸는 아들이 조금 걱정스럽지만, 경찰관인 아빠 유지로는 무사시의 마음을 소중히 여겨주려고 큰 사랑으로 응원한다. 어느 날 밤, 무사시는 개기월식을 관측하기 위해 친구들과 함께 숲 공원에 세운 요새로 향한다. 그런데 폭우가 쏟아지고, 겁에 질린 친구들은 모두 집으로 돌아가 버린다. 그 무렵, 저 멀리 우주 공간에서는 지구를 노리는 발탄 행성과 이를 막으려는 울트라맨 코스모스와의 치열한 전투가 벌어지고 있었다! 광선과 열선을 격렬하게 교차시키며 강렬한 파동과 섬광을 내뿜으며 ・・・・. 한편, 자원 봉사 단체인 SRC(과학 조사 서클)의 지휘실에서는 의문의 우주 신호를 가로채고 있었다. 그 신호는 중저음과 기분 좋은 고음이 번갈아 가며 마치 대화를 나누는 것 같았다. 홀로 숲속 공원에서 하룻밤을 보낸 무사시 앞에 전투로 에너지를 잃은 울트라맨 코스모스가 나타났다! 그것은 그가 순수한 마음으로 울트라맨의 존재를 믿고 있었기에 가능했던 만남이었다. 무사시의 필사적인 도움으로 힘을 되찾은 코스모스는 '진정한 용사'라는 메시지와 수수께끼의 빛나는 돌을 남기고 사라졌다. 수수께끼의 우주 신호를 조사하던 SRC는 소년 무사시에게 협조를 요청했다. 그러던 중, 발탄 행성인의 소행으로 땅속에서 동면하고 있던 신괴물이 날뛰기 시작한다. 과연 지구는 구원받을 수 있을까? 울트라맨 코스모스는 나타나 줄 것인가? 무사시, 소년의 하루의 모험이 지금 여기서 시작된다.