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这是一个魔法少女的存在获得了认可的世界。一款名为《魔法少女育成计划》的游戏能够万里挑一制造出真正的魔法少女，而等待着这些幸运女孩们的，将会是万人的仰慕和光明的前途。然而，某一日，运营方忽然宣布要将魔法少女的数量削减一半，而方法，竟然是让现存的魔法少女进行残酷的竞赛。天真善良的少女白雪（东山奈央 配音）、外冷内热的忍者波纹（沼仓爱美 配音）、背负着巨剑的圣少女（佐仓绫音 配音）、骑着扫帚大大咧咧的最高速（内山夕实 配音）、百发百中的神枪手灾厄玛丽（井上喜久子 配音），在这些被吉祥物法布（间宫胡桃 配音）选中的魔法少女们之间，一场大战即将拉开序幕。

家住千叶县的17岁普通高中生高坂京介（中村悠一 配音）有一个14岁的妹妹高坂桐乃（竹达彩奈 配音），可是，很长一段时间以来，这个外表可爱的妹妹和自己的关系并不密切，有时甚至可以用冷淡来形容。妹妹的身上究竟发生了怎样的事情呢？终于有一天，一个关于桐乃的秘密被京介发现了。 　　可爱 的妹妹居然是宅系的兄控？！虽然桐乃百般否认，但事实不容狡辩。随后，原本只在妹妹身边出没的千金大小姐槙岛沙织（生天目仁美 配音）和毒舌少女五更琉璃（花泽香菜 配音）也渐渐的围绕到了京介的身边来，她们都和妹妹一样，是秋叶原系的御宅族。因为是兄控而觉得分外苦闷的桐乃，究竟会和妹控的哥哥京介发展出一段怎样妙趣横生的关系呢？

青海湖边生活着一群草原上的舞者——对角羚。族群中一直传说草原东头的铁路后面撼天动地“火神” ，虽然族群一直 被狼患威胁，却不敢越界。而族群中的小对角羚“莫吉”偏偏好奇心重，对“火神”颇感兴趣。在一次躲避狼袭的时候，受伤 的莫吉越过长老说的“危险线”（铁轨），来到了“火神”的地盘。被在此工作的科学家罗韧平父女所救。罗韧平爱弹钢琴， 莫吉沉迷罗韧平的琴声翩翩起舞。女儿罗静静却因琴艺不佳，不能打动莫吉。罗韧平工作神秘而繁忙，不经常回家。想念爸爸 的静静一心想弹出和爸爸一样优美的曲子让莫吉起舞，给父亲一个惊喜。该作以建国初期我国独立制造核武器为背景，通过卡通动物视角和科学家父女情展现了“两弹一星”精神。

SIDE6沉浸在一片安宜祥和的气氛中，这里远离战场，几乎从未发生过什么战事，驻守在这儿的联邦军的部队也并不多，这一点，并不使少年阿鲁高兴，因为他是一个军事迷，渴望看一下激烈的战斗场面。一日阿鲁正与朋友们交流时，殖民地内发生了骚动，这是由吉恩的小股侦察部队与联邦发生的冲突所引致，不久，一架受了伤的扎克（改），掠过阿鲁的上空，坠落在离他不远的林间草坪上。被击落的吉恩新兵巴尼，用自己的军衔章换取了阿鲁的摄影机磁卡，这里面记录有阿鲁从联邦的工厂里到的MS组装画面。此外，还有几日前从地球搬来的阿鲁家的邻居红发女郎克丽丝的倩影。巴尼获取的情报，引起了吉恩军的注意，他们立即组建了一支突击小队，执行破坏高达的任务。于是，巴尼所在的小队，依靠一场小规模的战斗的混乱，再度潜入SIDE6。在宇宙殖民地中，巴尼又一次与阿鲁相遇。