Elèves en terminale au lycée central de Tanegashima, Kaito Yashio et Akiho Senomiya sont les deux derniers membres du club de robotique de leur établissement. Depuis sa création, ce club construit une version grandeur nature de Gunvarrel, le célèbre robot géant d’un anime. Akiho cherche à mener à terme ce projet avant de quitter le lycée, mais elle se heurte à des difficultés budgétaires…

Déterminée à remporter le Robo-One, Akiho décide d’utiliser Tanegashimachine 3, le robot président honoraire de son club. Malheureusement pour elle, ce robot bipède, qui n’a plus servi depuis huit ans, ne fonctionne plus. La jeune fille va donc s’employer à remédier à ce problème.

Accompagnés par Mitsuhiko, Kaito et Akiho se rendent à Tokyo pour participer au Robo-One Au premier tour, ils se retrouvent opposés à Shizuya Maekawa et don Devil Stronger. Ce duo s’est brillamment distingué durant la précédente édition du tournoi en atteignant les phases finales…

Akiho et Kaito se rendent au centre spatial de Tanegashima afin d’obtenir le soutien de la JAXA dans leur projet de construction d’un robot géant. Il s’avère que le chef de ce centre n’est autre que le père d'Akiho. Ce dernier ne va pas accorder son aide au club de robotique…

Kaito décide d’élucider le mystère lié à une voix qu’il a entendue et à une fille qu’il a entraperçue via son Pokecom. Junna, fan de légendes urbaines, l’accompagne dans son aventure. La karatéka lui raconte que le fantôme d’une collégienne hanterait le parc Uchûgaoka…

Après avoir visité le club de robotique, Junna en devient membre dans la foulée. De son côté, Kaito retourne voir Airi pour la questionner sur sa relation avec Misaki et en apprendre davantage sur le mystérieux Kô Kimijima.

Subaru n’est plus revenu en cours depuis l’incident qui s’est produit entre son père et lui. Inquiète, Akiho décide de se rendre à son domicile. De son côté, Kaito se rend chez Kona pour se livrer à une chasse aux tricheurs sur Kill-Ballad. À cette occasion, il va en apprendre plus sur le passé de la programmeuse…

Kaito et ses amis ont été emmenés de force au centre spatial de Tanegashima. Il s’avère que cette opération a été orchestrée par Nae Tennôji, une employée de la JAXA. La jeune femme explique aux lycéens qu’elle souhaiterait leur apporter son aide dans leur projet de construction d’un robot géant.

Akiho souhaite profiter d’un festival pour célébrer avec les autres membres de son club la fin de la construction du robot géant. Kaito manque à l’appel, car il est parti chercher Frau. Cette dernière est malheureusement peu encline à faire la fête.

Kaito voit tomber du ciel un monopôle, une sorte de pierre dont l’existence n’était jusque-là que théorique. Il appelle Subaru pour lui parler de cette découverte. Tous les deux sont bientôt rejoints par Aki, qui épiait leur conversation. Plus tard, le club de robotique retourne au centre spatial pour demander à la JAXA de soutenir son projet. Cependant, Subaru a une autre idée en tête…

Kaito cherche à mettre la main sur le rapport Kimijima n° 3. Il est en cela aidé par Kona, qui espère glaner des informations concernant sa mère. Les deux premières missions liées à l’obtention du rapport sont facilement accomplies, mais les deux suivantes s’avèrent en revanche bien moins simples, surtout la quatrième…

Junna apprend que son grand-père a été hospitalisé suite à un malaise. Elle décide de lui rendre visite, mais le vieil homme refuse de la voir. Kaito est informé plus tard que la karatéka est en froid avec son grand-père, puis en apprend plus sur sa réticence vis-à-vis des robots…

Akiho aimerait utiliser le monopôle pour le moteur de Gunstruction 2. Elle décide alors d’aller voir Doc et de lui en parler. De son côté, Kaito se rend chez Kona pour lui demander de créer un programme. La lycéenne recluse va lui faire part d’une étonnante découverte…

Kona raconte à Kaito sa tentative de suicide, puis lui explique que la révolte des robots qui secoue Tokyo n’est pas de son fait. Un pirate a en effet usurpé son identité et installé une clé sur le serveur du fabricant des robots. Cette clé se présente sous la forme du jeu Kill-Ballad…

Iruo est concerné par une grosse maintenance prévue le 24 décembre. Il est possible que toutes les données soient effacées, provoquant alors la disparition d’Airi…

Le club de robotique a enfin terminé de construire Gunstruction 2 et effectue un test de démarrage, sous la supervision de Nae. Le test est concluant, mais Akiho et ses amis vont devoir quitter leur espace de travail pour des raisons de sécurité. En effet, une fusée va prochainement décoller de Tanegashima, cinq ans après la dernière.

L’accident de Subaru provoqué par Gunstruction 2 entraîne la dissolution du club de robotique. Malgré le décès tragique de Mizuka, Kaito est sur le point de télécharger le rapport Kimijima n° 7, mais il est interrompu par Sawada, un salarié d’Exoskeleton venu l’interroger sur Kô Kimijima.

Kaito et Akiho sont de retour à Tokyo pour présenter Gunstruction 2 dans le cadre de l’exposition universelle. Aki espère y trouver sa sœur pour lui montrer le travail réalisé par son club.

Kimijima révèle que les passagers de l’Anémone étaient les sujets d’une expérience portant sur le rayonnement électromagnétique. Il fut cependant tué par Misaki durant son déroulement, car la jeune fille avait compris ce qu’il manigançait…

Pendant que les habitants de Tanegashima s’affairent à améliorer Gunstruction 1, Kaito se rend à l’ancien musée local de Minamitane pour inspecter le système EGI. Il y découvre un élément s’emboîtant parfaitement dans l’appareil que lui a confié Sawada. En appuyant sur le bouton d’activation, son syndrome se déclenche…

À bord de Super Gunstruction 1, Kaito débarque à la base de lancement et se retrouve confronté à Misaki et son Sumeragi. Pendant ce temps, l’équipe de Nae s’infiltre dans la salle de contrôle de la JAXA et va tenter de stopper la mise à feu de la fusée.