突如、欧州に現れた異形の敵、ネウロイから人類を守る防護戦の最前線にあって、世界のトップエースが集う第５０１統合戦闘航空団に入隊した扶桑の宮藤芳佳。だが、彼女の戦いの場は戦地ではなく、基地の中だった。超個性的な５０１のメンバーを相手に、日々の調理や朝の目覚まし、そして訓練と、彼女にとって全く想定外な戦いの日々が始まる！
戦場ではスーパーエースだが、日常生活では壊滅的なだらしなさを誇るハルトマン。そんな彼女の部屋を掃除する事になった宮藤たちが見たのは、想像を遥かに超えるゴミ部屋だった。その数日後、ミーナと坂本が基地を留守にしたので、こっそり二人の部屋を覗いてみる宮藤とハルトマンたち。そこで彼女たちが見たものとは…!?
町へ買い出しに行く宮藤たち。スピード狂のシャーリーの運転で激しい車酔いに見舞われたものの、町では楽しいショッピングの時間を過ごす。その頃、基地では宮藤たちがいないため、ミーナが食事を用意して大混乱。遂には坂本が倒れる事態にまで陥るのだった。 そして後日、今度はエイラが風邪で倒れてしまう。 医者志望のハルトマンが彼女を看病することになるのだが…。
出動は無いのによく食べるので、太ってしまったハルトマンとシャーリー。ダイエットのため、宮藤やリーネと共に坂本の訓練に参加するが、久しぶりの運動にフラフラになってしまうのだった。そんな日々の中、ハロウィンの時期がやってくる。シャーリーたちに連れられて、初めてハロウィンに参加する宮藤。そこで彼女が目にする光景とは…？
もうすぐ年の瀬の５０１部隊。髪が少し伸びたのでミーナに散髪してもらおうとする坂本だが、なぜかシャーリーやルッキーニたちが手伝うことになり、思いも寄らない大騒動に発展してしまう。そして12月24日、ミーナの発案で改めて宮藤の歓迎会を行うことになるが、そこでもまた、ミーナの手料理を始めとして数々のトラブルが待ち受けていた…。
戦場での健康管理について語る宮藤とリーネ。特に戦争ストレスが問題なので心のケアが大事という事になり、みんなの悩みを聞いて回る宮藤だが、聞けば聞くほど、なぜか彼女たちの心の闇が広がってしまうのだった。そんなある日、ルッキーニに虫歯が出来たらしく、みんなで治療しようとするものの、それがまたもや大騒動へ発展してしまう…。
２月を迎え、扶桑の風習である節分を５０１部隊に紹介する宮藤。みんなで豆まきなどを楽しむ中、ミーナに呼び出された彼女が食堂へ向かうと、そこには扶桑の実家から荷物が届いていた。その中にはお餅が沢山入っていたので、５０１部隊の一同に振る舞う事に。みんなが美味しく味わってくれたのを見て、早速、実家へお礼の手紙を書く宮藤だが…。
夜にネウロイの襲来が予測されたため、夜間任務に就くことになった宮藤たち。いつも夜間哨戒しているサーニャとエイラにアドバイスをもらったり、みんなで風呂に入ったりして夜を過ごすが、結局、ネウロイは襲ってこなかった。実は広報活動のため、５０１基地に向かっていたマルセイユが途中でネウロイを見つけて、倒していたのだった…。
突然、宮藤がストライカーで飛べなくなってしまう。彼女を心配して原因を究明しようとするバルクホルンたち。シャーリーとハルトマンは、宮藤が太ったからではないかと秘かに推測するのだが、果たしてその真相とは…。それから数日後、基地の周辺は寒波に包まれ、厳しい寒さが彼女たちを襲う。早急に対策に乗り出す宮藤たちだったが…。
とある理由から、シャーリーに車の運転を習おうとするバルクホルン。何でもそつなくこなすように見える彼女だが、実は車の運転には不向きで、同乗したシャーリーと宮藤は大変な目に遭ってしまう事に…。それから数日後、先日とは逆に基地の周辺は熱波に包まれ、厳しい暑さが彼女たちを襲う。早急に対策に乗り出す宮藤たちだったが…。
実は医者になる勉強をしているハルトマン。教材として秘かに買っていたマネキンが死体と間違われて大騒ぎになってしまうが、それをきっかけにみんなで応急救護の訓練を行うことになる。だが、エイラやペリーヌはただのマネキンでは真剣になれないと言って、サーニャや坂本にそっくりな顔を用意するなど、また、思わぬ方向に事態が動き始めて…。
遂にネウロイの巣への総攻撃を決定する連合軍。一方、真烈風斬を完成させようとした坂本は誤って基地を大破させてしまう。これ以上、彼女が基地を壊さないようにするため、バカンスと称してみんなで島へ行く第５０１部隊。だが、島で坂本が訓練を始めた途端、暴走した刀が勝手に烈風斬を連発し始める。宮藤たち、そして人類の運命は果たして…？
ネウロイの巣を破壊した戦いで魔法力を失った宮藤芳佳。５０１部隊が解散した後、彼女は故郷の扶桑へ戻り、久しぶりに平穏な日々を送っていたが、かつての上官だった坂本たちの計らいで欧州の医学校へ留学する事になる。海軍兵学校で坂本の生徒だった服部静夏と一緒に再び欧州へ向かう宮藤。一方、かつての５０１部隊の隊員たちも各地に散り、それぞれの生活を送っていたが、宮藤の再渡欧や新たなネウロイの兆候をキッカケに、再び集まり始める。そんな時、欧州を旅する宮藤と静夏の前に、強大なネウロイが出現、宮藤はかつてない最大の危機に陥ってしまう。元５０１部隊の仲間たちは、無事に宮藤たちを救い出す事ができるだろうか──!?
