科学忍者隊はソーラーシフト計画を成功の一歩手前で阻止し、総裁Xの野望を打ち砕いた。ソーラーシフト計画で荒れ果てた地球は徐々にではあるが復興を始めていた。その一方で、ドクター・ラッフェルを失い、彼の手によりサイボーグとして生まれ変わったジョーに内蔵されたブラックボックスの解析とエネルギー補給の目処は進まず、日を追う毎に死が近づいていく。

そのころ、隕石山の崩壊したギャラクター本部では、破壊された総裁Xの頭脳、粉々になったその残骸の中で、唯一生きていた部品が活動を始め、あらゆる機械を取り込んで増殖していた。時を同じくして、マフィアのエゴボスラーファミリーは今が好機と世界征服に打って出る。エゴボスラー対ガッチャマンの初めての対決の最中、突如現れた超巨大鉄獣メカに対し、ニューゴッドフェニックスは歯が立たず大破してしまう。鉄獣メカを作り出し操っていたのは総裁Xの亡骸から誕生した総統Zであった。エゴボスラーと総統Zは利害が一致したことで結託し、新生ギャラクターを名乗ることになった。

ニューゴッドフェニックスを撃墜され、満身創痍の4人（ジョー以外）を救った鴨三郎技師長は彼らをガッチャマン基地へと迎え入れ、新たなる翼「ガッチャ・スパルタン」と新たな武器「ガッチャマンフェンサー」（剣）などを与える。ジョーのエネルギー補給の目処も立ち、健は仲間たちとともに三度ギャラクターを迎え撃つ。

しかし、ガッチャマンフェンサーは健の命をも削るという、文字通り両刃の剣であることを5人はまだ知らない。

『ガッチャマンII』の続編であり、後年制作されたOVAによるリメイク版などを除けば、現時点でのシリーズの最終作である。本作品は前二作とはやや毛色の異なる、人類とギャラクターの全面戦争を中心としたストーリーが特徴となった。これまでは南部の指令により活動をしていたが、今作では彼が国際科学技術庁長官に任命され多忙な日々を送っていることから基本的に健が活動指揮を執るようになった。それに加えて本作品では前作とは異なる設定を加えている。

• 前二作よりもストーリーを分かりやすくし、主題歌なども全体的に低年齢向けの要素を取り入れている。
• 各国の人々との交流を描き、より視聴者に親近感を与えた。
• メカに搭乗して戦うシーンが大幅に増え、健以外は生身のアクションシーンがあまり見られなくなった（ただし全くないわけではなく、序盤やクライマックスなどでそれぞれのアクションが見られた）。ちなみに本作品では科学忍法竜巻ファイターは二度しか用いられていない（第6話、第12話）。

しかし、逆に本編ではマイナスの印象を持つ設定なども発生してしまう。

• ジョーの余命という前二作では重要だった要素は、このシリーズに入ってから早々に解決し、本シリーズでは単なる不死身のサイボーグとなってしまった。
• メカアクションを重視したせいで、キャラクター関連のエピソードが前作より少なくなってしまった。
• 三作目ともなるとマンネリ化に陥り、また作画、脚本のクオリティが前作よりも低い回も見られるようになった。なお、この傾向は前作『II』の時点でも既に出ていた。

終盤では主要キャラクター・南部博士の死や、闘いのダメージで細胞破壊に苦しむ健の姿なども描かれ、ハードな展開となった。前作よりも放映期間を1か月短縮した形でガッチャマンは本作品でシリーズ終了となったため、後番組『とんでも戦士ムテキング』は1年1か月という放映期間となった。

マンネリ化に陥った本編だが、今までにない設定もある。エゴボスラーが率いる新組織であり、彼が総統Zと手を組んだことでギャラクターを襲名する「エゴボスラーファミリー」の存在は前2作の敵組織ギャラクターとは異なり、仲間意識が強いマフィアとして、組織に対する士気や忠誠度も比較にならぬほど高く描かれていた。さらにこれまでのギャラクターが主にテロを手段として世界征服を狙う秘密結社だったのに対し、全世界相手に堂々たる軍事行動を用いた点でも異色である。

本作品ではアグリカ上陸作戦など、敵侵攻に合わせて科学忍者隊が前線で活躍する展開が見られ、『新造人間キャシャーン』や『コンバット!』のような軍事物の要素も色濃く内包されていた（だが、「主人公は戦争の中での一部隊」との扱いでは忍者隊が戦争の核になり得ず、ヒーロー性が発揮出来ないため、番組後半、敵の活動は従来の暗躍型へと路線変更となった）。なお、余談だがファミリーは伯爵家の略称「エゴラー!」の掛け声で忠誠を表す。

ファミリーのボスであるエゴボスラーは、総裁Xにより人工的に生み出されたミュータントであるベルクカッツェやゲルサドラとは異なり、自らの意思で世界征服を狙い、総統Zとは部下ではなく同盟者として対等の立場を貫き、その力を利用せんとする誇り高く、野望の強いキャラクターとして描かれるなど前二作とは大きく違う点がある。

エゴボスラー役の中田浩二は前作『II』の第14話で客演したことがあり、本作品ではかつて前二作のレギュラー役を担当したことのある大宮悌二や寺島幹夫が、別の人物役として客演している。

声 - 納谷六朗

• 製作：吉田健二
• 企画：九里一平、柳川茂、鳥海尽三、陶山智
• 原作：吉田竜夫（連載誌 - 『てれびくん』、『小学館学習雑誌』）
• キャラクターデザイン：天野喜孝、高田明美
• 美術デザイン：中村光毅
• メカニックデザイン：大河原邦男
• 作画監修：宮本貞雄
• SF考証：小隅黎
• 音楽：筒井広志
• プロデューサー：九里一平、宮田知行
• 総監督：原征太郎
• 脚本協力：鳥プロ
• 色指定：羽生道代、鶴巻のりこ
• 編集：三木幸子、戸田れい子
• 録音ディレクター：水本完
• 録音：兼子芳博
• 効果：加藤昭二（アニメサウンドプロダクション）
• 現像：東洋現像所、スキアニメ協力
• 担当：別所孝治（フジテレビ）、内間稔・大野実（読売広告社）、小林正典（タツノコプロ）
• 制作：タツノコプロ、フジテレビ

原点回帰を目指し、第1作の主題歌を作曲した小林亜星が再起用された。ただし、第1作で編曲を担当したボブ佐久間は本作品には不参加。

系列は当時の系列、放送時間は個別に出典が提示されている局を除き1980年7月中旬 - 8月上旬時点（テレビ長崎については1980年3月中旬 - 4月上旬時点）のものとする。

• 本作品終了後の1980年10月10日、千代田会館内にあった千代田公会堂で上映会が行われたが、そのときの入場券は南部（考三郎でなく耕三郎と表記）博士の告別式の案内状を模したものとなっていた。ちなみに、上映作品は前々作の劇場版、前作『ガッチャマンII』53話、そして本作品『ガッチャマンF』から、42話、47話、48話だった。
• タカラより2003年、ミクロアクションとして発売された大鷲の健のフィギュアには、本作品に登場したガッチャマンフェンサーが付属していた。

• 『科学忍者隊ガッチャマン　アニメアーカイブス』（2013年、小学館集英社プロダクション）