坂井悠二的高中生活刚刚开始，本将一直持续的平凡生活却因为一次偶然而发生了剧变。回家途中，商店街的时空突然停止，这封闭空间中所有人的灵魂都被魔物吸去。而手持日本刀与魔物战斗的灼眼红发美少女，告诉了悠二惊人的真相“你已经死了，现在的你只不过是以另一种形态活着。”接受了这个事实的悠二决定与这位灼眼红发美少女一起为世界而战，并以少女的武器名来称呼她为“夏娜”。为了世界的未来，夏娜被卷入了一次又一次的战斗之中，二人的羁绊就此展开。
故事发生在皇都五区的一个僻静的小角落里，在那里，坐落着一家咖啡店，在咖啡店里工作的，是一群集结了技术精华的自律式机械人偶少女们，他们曾经以武器的身份参加了刚刚结束的战争，在战后珍贵的和平时光里，他们也想方设法的寻找着他们的人生意义。虽然有点笨拙，但做什么事情都十分认真的灰樱（和气杏未 配音）、十分擅长照顾同伴，做什么都被视为楷模的 鸦羽（楠木灯 配音）、好奇心旺盛又有些胆怯的月下（富田美忧 配音）、平易近人，对每个人都一视同仁的箒星（中岛由贵 配音），在咖啡店温暖人心的灯光中，少女们的故事拉开了序幕。
“我与你一同飞向天空。”甘粕桧曾根，是最近开始在航空自卫队岐阜基地任职的新人。过于率直而总是无意识地伤害他人，对此感到疲惫不堪的她，选择成为任期限定的自卫官。但，命运的邂逅彻底改变了她的人生。被秘藏在基地中、伪装成战斗机的龙选中了桧曾根，并和她一起飞向天空。就这样，搭乘“OTF（变态飞翔生命体）”的飞行要员，成为了桧曾根的工作。甚至能左右国家命运的龙，究竟隐藏着怎样的秘密呢……。
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