聖14学園の小学二年生、まおちゃん、みそらちゃん、そしてシルビーちゃんの3人は、実は日本を守る防衛隊。エイリアンを防衛するために今日も出動する。大型エイリアンに対して使用した防衛結界は失敗に終わったが、内閣支持率は高騰してしまった……！
まおちゃんのおじいちゃんである鬼瓦陸士郎は、陸の防衛隊幕僚長。幕僚長がまおちゃんの誕生日にクローバーのバッジをプレゼントすると、バッジは突然光を放ち、まおちゃんは陸の防衛隊の第二種装備に早変わり！ まおちゃんが小学生隊員になったきっかけが明らかになる……。
日本に現れた蝙蝠エイリアンは、まおちゃんが防衛できない空に逃げてしまった。そこへまおちゃんのクラスメイトで、空の防衛隊のみそらちゃんが初出動。みそらちゃんが、お説教をして懲らしめた！ サポートメカのみーくん、はやてが初めて登場。みーくんが組み立て式であることも明らかに……。
空の防衛隊幕僚長はみそらちゃんのおじいさん。陸の防衛幕僚長とはライバルらしく、孫娘たちが共同で防衛することを拒む。しかし、退治が困難なエイリアンの出現に、2人の孫娘は一緒に防衛したいと嘆願。許可を得て、無事日本を守った……。謎の2人組、ゆり子とちなみが登場！
海に出現した金魚エイリアンから日本を防衛するため、海の防衛隊の小学生隊員である丸山シルヴィア（通称、シルビー）が出動した。だが、あまり積極的ではないシルヴィア。他の2人に押されてシルヴィアが念じると、バトンが光線を放ちエイリアンを撃退した……。「かわいい宇宙人講座」では物語の謎が少し解明される！
海の防衛隊のシルヴィアが、まおちゃんたちのクラスに転入した。3人でシルヴィアの家に遊びにいくが、家とはサポートマシンの中。そこに突然かわいいエイリアンが出現！ まお、みそらは慌てるが、シルヴィアが気づかぬままにイルカエイリアンを退治して、見事防衛成功。天然シルヴィアの初防衛が成功した……。
防衛隊の3人は今回の敵が鼠エイリアンであることを知らず、猫に襲われそうになっている鼠エイリアンを助けようとしてしまう。しかもかごめの登場で、エイリアンは無事開放。その記念に3人は校舎裏で記念撮影……。いいのか、これで!? 生徒会長のゆり子と書記のちなみが、まおたちを監視していることが明らかに……。
凶暴化するかわいいエイリアンを国民に反感を買わずに撃退する方法が、ある日考案された。まおたちが3人で結界を張り、そこにエイリアンを閉じこめるのだ。その方法について人形をつかって説明していると、大きくてかわいいエイリアンのカプセルが日本に急接近してきた。だが、カプセルは日本には落ちてこなかった……。
かわいい防衛隊員が連携する「かわいい防衛法案」がかわいく採択された。今日も例によってかわいいエイリアンが日本に接近！ いつものようにまおちゃんに出動命令が下ると同時に、みそらとシルヴィアも出動を命じられる。綜合防衛隊結成だ。しかしかごめは風邪でダウン。作戦行動の行方は、どうなってしまうのか……？
横浜に巨大な羊型エイリアンが出現した。その大きさにまおちゃんたちが脅えている内に、エイリアンは新横浜から新幹線を持って逃げてしまった！ 防衛は失敗したかに思えたが、なぜかみんなの無事を喜ぶ小学生防衛隊の3人であった……。銀河大王の「コレクション台」が初登場！
今日は季節外れの運動会。幕僚長たちはテレビ中継まで手配して孫娘の応援に熱を上げる。ところがまおちゃんは体操が苦手。そこで陸士郎がかごめに、まおちゃんを活躍させるべく工作を依頼する。しかし、その内容に、まおちゃんは悲しみのどん底に……。ちょっと切ない、感動の物語。
金ぴかのお城、大きな武道館、大きな神社のお猿さんと日本の文化財を奪われまくる防衛隊。次のターゲットは沖縄ということで、防衛隊は沖縄臨時作戦施設にやって来た。そこでゆり子とちなみが、防衛隊に一服盛って、寝かせてしまった！ しかし、まおちゃんたちは寝ぼけていつも以上の力を発揮してしまい……。
みそらちゃんのお母さん、こと築庭空子が現れた。小学生のみそらちゃんが空次郎に「活躍させられている」ことを知ったため、一緒に海外へ行こうとみそらちゃんに迫る空子。だが、防衛はみそらちゃん白身が望むこと。果たしてみそらちゃんは母の誤解を解けるのか……!?
ある日、突然防衛隊に届いた「プレゼント」の中に、大層かわいいエイリアンが入っていた。あまりのかわいさに、その姿を見たものは失神してしまう。そんな「かわいすぎるエイリアン」が防衛隊本部に侵入し、内部は大パニック。幕僚長不在の本部で、かごめが1人奮闘するが……!!
またもや日本の各所の数々を奪われた防衛隊。そこに新型エイリアン探索装置「菊一文字参号」が完成する。隠密行動タイプの鼠エイリアンが高価な壷を盗もうとするが、菊一文字参号が見事に発見し、防衛結界によって退治された。ゆり子とちなみがエイリアンと間違えられ(？)、猫耳を出して「猫ごっこ」をする一幕も……。
菊一文字参号がまおちゃんたちのクラスに転入した。そのかわいさに人気も爆発するが、ふと気づくと、本部にみーくんがいない。家出だ。それでも菊一文字参号の報せによって3人は出動する。一方、ゆり子に諭されたみーくんは、まおちゃんのいる現場へ向かう！ ピンチのまおちゃんたちを救い、事件は無事解決するが……。
今日はクラス会の出し物のリハーサルの日。怪獣役のまおちゃんに対して、23回も第二種装備を実装してしまうシルビーちゃん……。しかも、それを叱りに来たかごめ先生にまでバニーガールの格好をさせて、しまいにはゆり子とちなみまで巻き込んで劇の練習を始めた。だが、そこに突然防衛隊員が闖入して来て……！
雪祭りの雪像づくりに参加するため北海道にやって来た防衛隊。雪祭り会場で談笑する3人だが、話が「遭難」に及ぶとまおちゃんは遭難者を探しに雪山に姿を消した。雪山でエイリアンと合流したものの、まおちゃんたちを発見できずに遭難寸前のゆり子とちなみ。そこにまおちゃんが現れた。このあとどうなってしまうのか!?
ある日突然、青森と愛媛と熊本にエイリアンが現れた。その狙いは「果物」だ。幕僚長たちの命により、各地へバラバラに向かう防衛隊員。3人が防衛成功したと思われたとき、海上に史上最大規模のエイリアンが出現。そう、これは罠だったのだ。がら空きの防衛隊本部に現れた竜エイリアンに、かごめは「青竜」を出すが……。
“入ると東大に合格する”と言われている、温泉旅館「ひなた旅館」へ行った防衛隊。バスタオルを巻いて温泉に入ったり、幕僚長たちが卓球で激しく火花を散らしたり……。そんなこんなで過ごしていると、そこへかわいいエイリアンがのこのこと現れる。東大に入って日本侵略を試みるこの猿から、日本を守るのだ！
日本で開発したサポートメカの受け取りに、アメリカの防衛隊員キャロルがやって来た。彼女は学校に現れたアルマジロエイリアンに新兵器で立ち向かうが、そのかわいさにやられてしまう。高速で逃げるそのエイリアンをまおちゃんが追いかけていると、不思議な光がまおちゃんを包んで、パワーアップした……！
陸士郎から、「話がある」と呼び出され、あらぬ期待を寄せるかごめ。しかし持ちかけられたのは見合いの話だった。相手は、素敵一郎と名乗る官房の人間。まおちゃんたちは会場に侵入したが、そこでエイリアンを発見した。こっそり片づけてかごめの見合いを防衛しようとするが、最後の最後で失敗してしまい……。
クジラエイリアンが現れた犬吠崎の灯台に向かった3人。だが、敵はなーちゃんの真下から潮を吹き上げて、みんなを海に放り出した。3人がエイリアンに飲み込まれそうになっていると、みーくんがすさまじい勢いで突進して来て、みんなを守った。そんな中、大破するみーくんを見て、悲しむみんなだったが……。
まおちゃんがクローバーのバッチをなくしてしまい、防衛隊は出現したタツノオトシゴエイリアンに負けそうになってしまう。そこに現れた「紫のユリの人」。自己紹介もそこそこに、素早くエイリアンを消し去った。ちなみは、ゆり子にしっかりお説教しましたとさ。まおちゃんのお母さんこと鬼瓦国子が声のみだが初登場。
猪エイリアンに大切なクニちゃん人形を奪われたまおちゃん。でも、クニちゃん人形を取り返すために第二種装備はダウンロードできない。そんな悩むまおちゃんの前に、第二種装備を実装したみんなが姿を見せる。まおちゃんの想い出を防衛しようとするみんなであったが、敵の居場所がわからず途方に暮れて……。
紫のユリの人によって、まおちゃんたち3人は銀河大王の星へ行くことになった。そこでは、大王の子供「小大王」がクニちゃん人形を大切に抱えていた。その姿を見てまおちゃんは、人形をあげることにしたのだった。かくして地球に戻った3人には、明日も変わらぬ防衛の日々が待っているのでありました……。