無事スクールアイドルフェスティバルをやり遂げた同好会のメンバーたちは、みんなの期待に背を押され、早速第2回のフェスティバルを企画していた。きたる虹ヶ咲学園のオープンキャンパスで告知PVを公開しようと同好会が盛り上がるなか、音楽科へ転科したばかりの侑は、編入者向けの補習に悪戦苦闘。音楽科と同好会の二足のわらじで忙しい日々を過ごしていた。一方その頃、オープンキャンパス実行委員の三船栞子のもとに一通のメッセージが届く。そしてオープンキャンパス当日、鐘嵐珠（ショウ・ランジュ）とミア・テイラーが留学生として、虹ヶ咲学園へやって来た。

着々とフェスティバルの準備を進める中、YG国際学園より合同ライブの誘いを受ける同好会。エマは同じ留学生だからとランジュにも声をかけるが、あっさりと断られてしまう。また、音楽科の補習に四苦八苦の侑は、課題を軽々とこなすミアが実は世界的な音楽一家・テイラーファミリーの一員であり、さらに14歳という事実に衝撃を受ける。そんななか、ランジュが再度ゲリラライブを行うという噂が流れ、どうしても気になるかすみ、璃奈、彼方、そしてエマの4人はこっそりランジュの後をつけることにするのだが……。

かすみ、璃奈、彼方、エマの4人は一緒にステージに立つと意気込んだのは良いものの、ソロで活動してきた4人はバラバラのまま。YG国際学園との合同ライブまで残された時間は少ない。そこで璃奈は一人ずつやりたいことを発表するためのお泊り会を提案する。しかし、好き好きにやりたいことを言い合うだけの夜が続き、4人の意見は一向にまとまらない。一方、侑は補習の最終課題として作曲をすることになり、苦悩していた。相談したミアからは、求められるものに応えればよいだけと忠告を受けるが……。

ある日、ショッピングをしていた果林は偶然愛と出会う。その隣には愛の幼馴染であり、「お姉ちゃん」と呼ぶ川本美里がいた。今日は美里の退院祝いだという。体調を気遣う愛と、元気に振る舞う美里。しかし果林は、美里が時折見せる曇った表情が気になっていた。果林が事情を尋ねるも、愛に余計な心配をかけたくないと美里は口を閉ざす。しかし愛はそんな美里の様子に気付いており、果林に相談を持ちかける。そっとしておいた方がいいと答える果林だったが、愛はその言葉を聞かずに美里のもとに駆けだしていってしまう……。

いよいよ第2回スクールアイドルフェスティバルが近づいてきた。文化祭との合同開催も決まり、慌ただしくなる学内。そんな中、しずくも所属している演劇部が、前夜祭の演出を任されることになった。歩夢とせつ菜による歌と芝居のユニットを想像していたしずくは、内密に侑に相談。すると侑からある提案があり、休日に2人だけで出かけることに。だが侑の様子を怪しく思った歩夢はたまたま出会ったせつ菜を巻き込み、そっと2人の後をつけるのだった。そして、楽しそうに会話をする侑としずくが向かったのは、なんと遊園地で……。

前夜祭に向けて映像研究部から密着取材の申込みを受ける同好会。しかし、未だに正体を明かしていないせつ菜に配慮し、密着を断る形で取材に対応することに。生徒会長とスクールアイドル、全く違う二つの大好きを、それぞれ続けるためにはこのままがよいとせつ菜は語る。しかし、学園中が開催日に向けて盛り上がるなか、些細なことから菜々がせつ菜であることが栞子に知られてしまう。その頃、合同文化祭でも新たな問題が起きていた。

ついに始まった５校合同開催による第2回スクールアイドルフェスティバル。1日目は東雲学院、2日目は藤黄学園、3日目はY.G国際学園と続き、4日目は紫苑女学院での開催となった。その展示室に飾られていたスクールアイドル時代の三船薫子と幼い栞子の写真。かつて栞子にもスクールアイドルに憧れる気持ちがあったことを知った侑たちは、栞子を同好会に誘う。しかし、3年間真剣にスクールアイドル活動に打ち込んだものの「ラブライブ！」への出場が叶わなかった姉・薫子の姿を見ていた栞子は、自分の適性を最大限発揮できる生き方、自分に合った役割を全うすると話し、その誘いを断ってしまう。

第2回スクールアイドルフェスティバル最終日。今日は、虹ヶ咲学園の文化祭との合同開催の日。しかし、当日になっても侑が作る同好会の曲は完成していなかった。最高の曲にしなければいけないというプレッシャーのもと、考え込んでしまう侑。侑の作った曲を歌う、それだけで素敵なことだと励ます同好会メンバーの言葉に、ひとまず気持ちを落ち着かせるが……。一方で、文化祭は大盛り上がり。様々な屋台や催し物の間を縫って、フェスティバル開演の合図となるニジガク号が学園中を颯爽と進んでいく。だがゴール目前、順調かと思われたまさにその時、ニジガク号が突然ストップ。このままではフェスティバルがスタートできない……。

無事にフィナーレを迎えた第2回スクールアイドルフェスティバル。そんな矢先、ランジュから、スクールアイドルをやめて帰国するという連絡が入る。理由を問い詰めるミアだったが、全てをやりきったというランジュはどこか冷めた表情で軽く聞き流すだけだった。自分の目的のため、ランジュに歌い続けさせたいミアは最高の曲を作ると啖呵を切る。同好会メンバーが見守る中、完成した曲を手に走り出すミア。曲の完成度に勝利を確信するが、ランジュはその曲に納得しなかった。渾身の一曲を否定されたと感じたミアは腹を立て、その場を立ち去ってしまう。

ランジュたちも加わって13人となり、一段とにぎやかになった同好会。しかし、かすみは人数が増えたことで部長としての威厳を示せなくなっているのではないかと気にしていた。みんなに部長として認められるためには、どうしたら？？！ひらめいたかすみの提案で、しずくの家でお泊り会をすることになった同好会。ショッピング、スポーツ、ゲーム大会と、13人そろっての初めての活動を楽しんでいた。一方、お泊り会にかこつけて部長としての威厳取り戻したいかすみの計画はことごとく失敗。果たして、かすみん部長化計画は成功するのか…。そして、ランジュも時折浮かない表情を見せていたのだった。

スクールアイドル同好会が部に昇格!?そんな話を耳にしたかすみは大慌てで部室に駆け込むが、結局はうわさ話でしかなかったと判明する。部への昇格は希望制と聞き、考え込む同好会の面々。しかし眼前に迫る定期試験のほうも問題だ。せつ菜の提案のもと、学年ごとに分かれて勉強会をすることに。しかし部長であるかすみは同好会のままでいるべきか部になるべきか、どうしても気になって勉強に身が入らない。一方、果林もまたあることに思い悩んでいた。

ファーストライブに向けて準備に追われる虹ヶ咲学園スクールアイドル同好会。開催日も決まり、順調に進んでいく一方で、彼方の妹・遥や他校のスクールアイドルたちはラブライブ！の予選に向けて準備を進めていた。最愛の妹のため、全力で応援すると意気込む彼方。しかし遥はセンターを任されたプレッシャーにより、日に日に笑顔を失っていく。そんな遥を励まそうと準備をしている彼方に、侑がある悩みを打ち明ける。さらに、別の悩みを抱える歩夢もまた彼方へ相談を持ち掛けるのだった。

ついに迎えたファーストライブ当日。会場には虹ヶ咲学園らしい個性的な差し入れや、たくさんの応援メッセージが届いていた。期待に胸を膨らませて詰めかけたたくさんのファンたち……。みんなの想いに囲まれ、スクールアイドル同好会の13人は円陣を組む。それぞれが想いを届けるために、支えてくれた人たちに向けて感謝を伝えるために――。そして、ステージの幕が上がる。「私たちの虹を咲かせに！」