由于两位假面骑士的活跃，邪恶组织·杰鲁修卡被消灭，但是首领又创建了新组织·毒蝎帮(又译“迪斯特龙”)。本乡猛的学弟·风见志郎偶然目击毒蝎帮的行动，而受到该邪恶组织的追杀，之后父母以及妹妹都被毒蝎帮的怪人所杀。志郎为了向毒蝎帮军复仇而要求1号和2号替他改造，但二人知道改造人的悲哀，而拒绝了他。后来1号和2号落入了毒蝎帮的陷阱而陷入危机，志郎舍命相救，被机关所伤而奄奄一息，为了救他一命，1号、2号不得不将他改造成改造人·假面骑士V3。

　　世界闻名的原子物理学家冲田彻夫（二瓶秀雄 饰）在四国山脉某处发现神秘元素“超铀”，该元素蕴含常人难以想象的能量，一旦被恶人利用制造杀人武器，将造成不可估量的后果。在返回东京的途中，冲田教授遭到秘密结社毒蝎帮绑架。得知这一消息的风见志郎（宫内洋 饰）偷偷潜入毒蝎帮所在的无人小岛，救出了教授。伤重不治的教授临死前交代风见去找他的妹妹冲田广子（森桃江 饰）寻找矿藏地图。他们一路前行，谁知毒蝎帮尾随其后。大敌当前，假面骑士V3绝不退缩！关键时刻，连假面骑士1号（藤冈弘 饰）和2号（佐佐木刚 饰）也加入战局……
　　本片根据石之森章太郎的漫画原作改编。