Kaito Yashio y su amigo Akiho Senomiya son los restantes miembros del Club de Robótica de la escuela. Después de manos Akiho en un pedido de presupuesto para la sala de profesores, tanto ella como Kaito, que pasa su tiempo jugando juegos en su dispositivo PokeCon, visitar un antiguo hangar que contenía un gran robot el Club de Robótica ha estado trabajando desde su fundación, Gunvarrel, basado en un anime de robots popular cuyo último episodio nunca fue transmitido. Al día siguiente, el vice-principal se compromete a dar el Club de Robótica de su proyecto de presupuesto con la condición de que ganar un torneo de robot que tiene lugar dentro de dos semanas, con el club para ser disuelta si lo pierdes. Como Kaito y Akiho contemplar si se puede lograr tal hazaña, una misteriosa chica se ve haciendo un reportaje.

Al necesitar un robot para el torneo, Kaito y Akiho encuentran un viejo robot de hobby de la Máquina Tanegashi en el almacenamiento, solo para encontrar que sus baterías se han agotado. Akiho va a ver a un anciano llamado Tetsuharu 'Doc' Fujita para intentar obtener algunas piezas nuevas, pero encuentra que son demasiado caras. Kaito le pide al comerciante Mizuka Irei que investigue cualquier debilidad que Doc pueda tener para poder bajar sus precios. Esto lleva a Akiho a conocer a la nieta de Doc, Junna Daitoku.

Kaito y Akiho van con su maestra, Mitsuhiko Nagafukada, a donde se lleva a cabo el torneo Robo-One, aunque no tienen un hotel para registrarse. Mientras Kaito practica con el robot, experimenta una sensación extraña por un breve momento. El torneo pronto comienza y Kaito logra usar sus tácticas para pasar por los preliminares y llegar a las finales. Antes del partido final, Akiho comienza a preocuparse por Kaito, que no había dormido mucho antes del torneo. El partido final pronto comienza contra el campeón reinante, el Sr. Pleiades, cuyo robot tiene algunos trucos feroces bajo la manga. Mientras que el robot de Kaito está en desventaja frente a Subaru, Kaito experimenta repentinamente una inversa de la dolencia que Akiho tiene, le ralentiza el tiempo y hace un contraataque, eliminándolos a ambos, aunque esto técnicamente resulte en la pérdida de Kaito. Al regresar a casa, Kaito tiene un breve encuentro con la creadora de Kill Ballad, Frau Koujirou.

Akiho intenta que su padre, que es el presidente del Centro Espacial de Tanegashima, financie su proyecto de robot gigante, pero su madre pronto apaga esa línea de pensamiento. Más tarde, Kaito es llamado para reunirse con Frau Koujiro, cuyo nombre real es Kona Furugoori, para ayudarla a mudarse a su dormitorio mientras se está transfiriendo a su escuela. Siguiendo más información de Mizuka, Akiho va a ver al tío de Mitsuhiko, que dirige una fábrica de dulces, para solicitar el patrocinio de su robot. Mientras tanto, Subaru logra obtener la asistencia de Kaito para un próximo torneo Robo-1 en Las Vegas. Cuando Subaru pregunta qué hizo Kaito durante el torneo, Kaito recuerda un incidente el 11 de septiembre de 2010, en el que él y Akiho formaban parte de un desmayo masivo a bordo de un ferry, donde ambos contrajeron el síndrome del ratón elefante. Más tarde esa noche, Kaito escucha una extraña voz que proviene de su PokeCon.

Sintiendo curiosidad por la chica que vio el otro día, Kaito se entera de Junna sobre varios avistamientos de la chica. Mientras Akiho y Subaru se enfrentan a una entrevista para el torneo Robo-One, Kaito y Junna van a la playa, donde se encuentran con el cadáver de una ballena varada. Al oír que Junna se ha retirado del club de karate, Kaito le sugiere que visite el Club de Robótica. Más tarde esa noche, Kaito vuelve a escuchar la extraña voz y lo lleva a una habitación abandonada en la escuela, donde finalmente encuentra a la niña a través de su PokeCon. Esta IA, llamada Airi, se revela como una aplicación Iru-O que había intentado contactar a Kaito en los últimos 8 años.

Cuando Kanna aparece en el Club de Robótica y acepta unirse, Kaito recuerda lo que Mizuka le contó acerca de cómo la hermana de Akiho, Misaki, supuestamente era amiga de Airi. Cuando Kaito una vez más visita a Airi más tarde esa noche para escuchar más detalles, incluida la forma en que Kimijima la creó, sigue un extraño ruido a una habitación subterránea, donde encuentra un dispositivo EGI que se utiliza para enviar ruidos al espacio exterior. Cuando Kaito trata de encontrar más información sobre el modo 'Hermana Ciempiés' de Airi, se entera de que alguien asesinó a Kimijima.

Mientras Akiho trata de pensar en una manera de ayudar a Subaru, Kaito se da cuenta de que Kanna se había dado cuenta de que los ruidos que escuchaba del dispositivo EGI eran "Kagome Kagome", cuyas letras se habían enviado por correo electrónico a millones de personas durante los momentos en que PhoneDroids se congelaba simultáneamente. Luego, va a ayudar a Kona a buscar a los tramposos de Kill Ballad, recibiendo un dispositivo para detectar trampas por si los encuentra en línea, antes de encontrarse brevemente con Subaru, que quiere deshacerse de su robot. Mientras Akiho le entrega una parte rota a Subaru, Kona le revela a Kaito que el último episodio del anime de Gunvarrel nunca se emitió porque el personal murió de antemano, con la directora del anime, su madre Minami Kogoori, sospechosa de asesinato. Subaru deconstruye su robot, pero acepta seguir ayudando al Club de Robótica. Gracias a su patrocinio y algunos conocimientos de Doc, el club recibe las piezas para el GunBuild1.

Kaito y los demás son llevados a JAXA, donde Nae explica que JAXA quiere apoyar la producción de su robot gigante. Sin embargo, Akiho rechaza su oferta cuando sugiere que construyan una nueva desde cero en lugar de completar GunPro-1. Más tarde, Kaito trabaja con Airi para encontrar la ubicación de un segundo informe de Kikijima. Cuando Kaito trabaja para cumplir las condiciones para obtener acceso al informe, termina teniendo que proteger una antena en medio de un tifón. Cuando Kaito casi se cae de la torre de antenas, su síndrome EM se activa, lo que le permite ponerse a salvo, logrando proteger las antenas. Kaito pronto cae inconsciente, pero es rescatado por Akiho, quien fue alertado de su posición por Airi. Después de que Kaito recupera y explica Airi a Akiho, Kaito logra acceder al segundo informe de Kikijima, advirtiéndole sobre cómo Kagome Kagome está vinculado a un proyecto para reducir la población mundial a mil millones.

Mientras los otros van a un festival en la ciudad, donde también se encuentran con Nae, Kaito ayuda a Kona a continuar su búsqueda de tramposos, le presenta a Airi y le cuenta los informes de Kimijima. Al día siguiente, el club reúne las mitades superior e inferior de GunBuild-1 juntas, completando su construcción, aunque a Akiho le preocupa que ella no haya tenido noticias de Misaki. Cuando una gran cantidad de personas acuden a la primera prueba de prueba de GunBuild-1, Kaito pilotea los robots y consigue que dé sus primeros pasos. Sin embargo, debido a la construcción obsoleta que también resulta en la falla del motor diesel, no deja una impresión en la multitud, para gran consternación de Akiho.

Cuando Kaito determina el tramposo de Kill-Ballad, una extraña piedra cargada eléctricamente llamada monopolo cae del cielo y aterriza ante él. Como Akiho teoriza que podría usar más de ellos para impulsar GunBuild-1, Subaru sugiere que se rinda y trabaje en un nuevo robot con JAXA. Al día siguiente, cuando la pandilla se reúne con Nae para tratar de convencer a JAXA de que trabaje en GunBuild-1, Subaru's presenta un informe sobre los fallos de la primera carrera, sugiriendo cómo podrían construir un nuevo robot mejorado, también a bordo de un La sugerencia de Junna de utilizar la realidad aumentada para darle la apariencia de Gunvarrel cuando se ve a través de un Poke-Com, eliminando así la necesidad de peso adicional. Después de darse cuenta de que construir un nuevo robot no cambia su sueño original, Akiho se embarca para preparar el nuevo robot, GunBuild-2, para la exposición. Mientras tanto, se ve a Mizuka hablando con Airi, diciéndole que desaparezca.

A medida que Kona se siente intrigada por los rumores de que se filtró el último episodio de Gunvarrel, ella y Kaito van a resolver las condiciones para el tercer informe de Kimijima desbloqueado, encontrando que las tareas son bastante tediosas. Cuando Kaito logra vencer al tramposo Kill-Ballad mientras pasa el tiempo, Kona se infecta con un virus mientras intenta analizar los datos. Más tarde esa noche, Kaito intenta obtener información sobre Kimijima de Mizuka, mientras que Misa es enviada por sus superiores para investigar los informes de Kimijima. Al día siguiente, después de que la pandilla usara a Kanna para grabar los movimientos del GunPro-2, Kaito y Kona lograron desbloquear el tercer informe, que habla sobre los planes para usar una tormenta magnética para destruir a la humanidad, mencionando que la empresa Exoskeleton de Misa es parte de ella.

A pesar de las advertencias de Misa, Kaito comienza a reunir banderas para desbloquear el cuarto informe. Más tarde, Junna se entera de que Doc ha sido llevado a cuidados intensivos, aunque se niega a verla cuando viene a visitarla. Cuando Kaito se entera de Mitsuhiko que Doc planea cerrar su clínica de robots, Mizuka se da cuenta de cómo la tienda solía presentar robots diseñados por él para atraer a los niños hasta hace 11 años, cuando uno se cayó sobre Junna, lo que le provocó un temor de robots Akiho, quien se niega a permitir que Junna renuncie al club hasta que le guste al menos una cosa sobre los robots, decide intentar animar a Doc al arreglar sus viejos robots, uno de los cuales es requerido para que Kaito complete una de las banderas. Sin embargo, Junna se asusta cuando el robot que cayó sobre ella ese día se reactiva. Cuando Junna decide abandonar el club de robótica, Kaito le muestra una foto que encontró en la tienda.

Mientras el grupo celebra el cumpleaños de Nae mientras descubren cómo hacer que GunPro-2 se mueva, Kona ha permanecido recluida en su apartamento durante varios meses. Cuando Akiho y Subaru le piden al Doc hacer un motor a partir del monopolo que encontraron, Kaito intenta dar sentido al cuarto informe, que detalla una supuesta rebelión de robots. Cuando Kaito acude a Kona en busca de ayuda para programar el motor, revela que había imágenes subliminales en el episodio filtrado de Gunvarrel que ocultaba una contraseña para un sitio creado por la madre de Kona, revelando un mensaje que mencionaba llamaradas solares y algo llamado Proyecto Atom. Luego, Kaito desbloquea el quinto informe, prediciendo la extinción de la humanidad. A pesar de evitar por poco una explosión, Doc logra cortar el monopolo por la mitad.

Mientras los robots continúan funcionando de manera desenfrenada en Tokio, Kona le explica a Kaito que los hackers han modificado el inicio de sesión en su panel de control para exigir que derroten a un oponente de la CPU de Kill-Ballad. Luchando por vencer al oponente, Kaito decide intentar forzar su cámara lenta empujando su cuerpo hasta sus límites, pero en vano. Kona pronto descubrió que la persona detrás del hackeo era uno de los miembros de su círculo de desarrollo, Maguyan, quien afirma que se vio obligado a hacerlo cuando su familia fue tomada como rehén. Kaito pronto se da cuenta de que Maguyan, de hecho, ha sido lavado de cerebro.

A medida que las llamaradas solares comienzan a afectar a las computadoras, las personas, además de Kaito y su grupo, pueden ver a Airi, que ha comenzado a actuar de manera extraña últimamente. Un mantenimiento planificado en el sistema Iro-O que podría potencialmente eliminar a Airi significa que Kaito debe cumplir las condiciones para el sexto informe antes de la víspera de Navidad. Después de que Kaito desbloquee el sexto informe, Airi dice que quiere ir a la casa de Kimijima para su cumpleaños en la víspera de Navidad. Allí, Kaito descubre una máquina en su sótano que contiene el cuerpo humano original de Airi. Airi explica cómo fue maldecida con una aflicción incurable y siempre pasaba los días en cama, esperando una Navidad blanca. Pronto conoció a Kimijima, quien le permitió ver el mundo a través del sistema Iro-O.

La cuadrilla completa la construcción del GunPro-2, utilizando los motores monopolares y un sistema de combustible activado por láser, y lo pasa con éxito a través de su primera prueba de activación. Poco después, sin embargo, Nae informa al grupo que no podrán usar JAXA durante una semana, ya que hay planes para lanzar un cohete. Mientras Kaito sale para buscar el próximo informe de Kikijima, los otros realizan más pruebas en el GunPro-2, donde Junna nota algo extraño sobre su ciclo de caminata.

Después de que Kaito, Akiho y Mitsuhiko presenten sus respetos a Mizuka, el vicepresidente anuncia que, luego del accidente de Subaru, el Club de Robótica se disolverá y su cooperación con JAXA se detendrá, ordenando que todos los robots que han hecho sean desmantelados. Mientras Kaito, en contra de su buen juicio, va a descargar el séptimo informe, se enfrenta a Toshiyuki Sawada de Exoskeleton Inc., quien le pregunta por Kimijima, aunque Kaito se niega a responderle. Luego, Kaito recibe una llamada de Misaki, advirtiéndole que no muestre los informes a nadie. Después de tener una pesadilla sobre Misaki, Akiho le dice a Kaito que tiene la intención de terminar el robot y llevárselo a la exposición. A pesar de que la idea es ridícula, Kaito acepta escucharla si le gana en Kill Ballad, que, para su sorpresa, se las arregla para hacerlo.

Kaito y Akiho viajan a la Tokyo Expo con su robot, donde descubren que tienen que compartir una habitación de hotel. Como Kaito tiene pesadillas esa noche, Akiho le pide que sea un poco más abierto con sus problemas. Mientras se prepara para la exposición, Akiho se emociona cuando oye que Misaki estará en la exposición que promocionará a los robots de Exoskeleton. Kaito decide reunirse con ella en persona para confrontarla sobre la muerte de Mizuka, también hablando de Kimijima, su reunión con la verdadera Airi, que se despertó en el hospital el otro día y, sobre todo, su actitud hacia Akiho.

Como el primer disparo de Sawada no tiene efecto en Misaki y él comienza a descargar antes de ser atacado por Kaito, quien insta a Akiho a perseguir a Misaki. Como Kagome, la melodía de Kagome pronto comienza a sonar desde el PA de la Arena, Akiho observa con incredulidad que Misaki aborda el Sumeragi y comienza a causar estragos en la expo, al destruir a los otros robots. Cuando los Sumeragi se fijan en GunBuild-2, Akiho trata en vano de defenderlo y tiene otro ataque EMS tras su destrucción, seguido por Kaito al ver el estado de Akiho antes de que Misaki se escape. En el período subsiguiente, mientras ponía a Akiho a salvo, Kaito descubre que un obelisco masivo ha aparecido de la nada, y Akiho deduce que es el ascensor espacial del episodio filtrado de Gunvarrel.

Cuando Mitsuhiko comienza a transmitir el encuentro a través de Iru-O, Kimijima revela que el día del incidente de las SS Anenome, había estado planeando usar a los pasajeros como sujetos de prueba para un experimento de radiación, pero Misaki lo asesinó para salvar a Kaito y Akiho cuando la capturaron. en sus planes. Luego, Kimijima comenzó a aparecer ante ella a través de la red Iru-O, amenazando con revelar lo que hizo junto con Kaito y Akiho, obligándola a cooperar con su plan. Kimijima afirma además que había amenazado a Airi de una manera similar y, si no fuera por la intromisión de Misaki, el Proyecto Atum se habría producido en 2015. Akiho pregunta a Kimijima si Misaki aún ama a los robots y él sugiere que todavía puede, ya que no lo hizo. No dejes de jugar Kill-Ballad. Akiho promete además que detendrán a Kimijima y sus planes con su robot gigante y salvará a Misaki, mientras que Sumio ayuda a desarmar a Airi, quien se desmaya mientras Kimijima desaparece.

Mientras todos los demás trabajan para arreglar el GunBuild-1, Kaito, Nae y Airi se dirigen al laboratorio de Kimijima para recuperar los datos del dispositivo que Sawada le dio, aunque Kaito sufre un ataque cuando intenta activarlo. En ese momento, se enfrentan a unos droides armados dirigidos por Kimijima y la hermana Ciempiés. Sin embargo, la hermana Ciempiés logra que los droides se disparen entre sí, solo para que Kimijima los borre poco después. Mientras tanto, cuando Akiho y los demás completan GunBuild-1, que cambia de nombre por Super GunBuild-1, se reúne con Ken'ichirō antes de enterarse de la condición de Kaito.

Kaito llega antes que Misaki, mientras que los otros ayudan a desviar los misiles que dispara utilizando los señuelos AR, aunque Kaito se ve obligado a usar el Slow-Mo y sacrificar uno de los bunkers de su pila para esquivar el último. Kaito logra acercarse a los Sumeragi de Misaki y usar el Slow-Mo para atacarla con el otro bunker de pila. Sin embargo, esto golpea a Misaki y le permite a Kimijima tomar el control total de ella mientras divide a los Sumeragi en una unidad más móvil. Después de bloquear la secuencia de lanzamiento, a pesar de que Nao y los otros adultos recuperaron la sala de control, Kimijima lanza un ataque a los demás obligándolos a separarse, lo que deja al Super Gunbuild-1 con solo cinco minutos de potencia.