鴨川で、まどか、ラン、ムギナミが別れて数ヵ月後。レ・ガリテの王女に戻ったランは、兄のディセルマインが進める秘密の実験に参加していた。その実験施設を襲うのは、デ・メトリオのオービッド部隊！　その中には、ムギナミの乗るウォクス・イグニスの姿もあった……。 一方、ふたたび夏を迎えた鴨川。高校三年生に進級したまどかだが、いまだ自分の進路を決められず、ジャージ部の同志、ランとムギナミと離れて暮らす日々に寂しさを感じていた。そんなある朝、何の前触れもなくランが鴨川の浜辺に現れた。再会を喜ぶまどかに、ランは真剣な表情で「もう一度アウラに乗って欲しい」と告げる。 宇宙規模の国際会議のために鴨川に戻ってきたファロスへとまどかを連れて行くラン。そのとき、所属不明のオービッドがファロス上空にあらわれた。ウォクス・イグニス……ムギナミだ！　「ムギナミも帰ってきた！」と喜ぶまどかだったが……

「私に無断で、ケンカするな！」　突如として動き出したウォクス・アウラに乗って、飛び出すまどか。「友達と戦いたくない！」というランとムギナミの心の声をはっきりと聞いたまどかは、二人の間に割って入り、戦いを止めようとするが、ウォクス・イグニスを攻撃しようとするレ・ガリテ駐留軍の介入によって、再び３人は離ればなれになってしまう。 ランとムギナミの行方を探すまどかは、ヴィラジュリオに連絡をとろうとする。まどかにとっては、ヴィラジュリオがレ・ガリテの敵であろうが味方であろうが、まるで関係ない。ただ、ジャージ部の仲間の行方を知りたいことで、頭がいっぱいだ。 二人が鴨川から出ていないことを確信したまどかは、思い出いっぱいのジャージ部の部室へと向かう。そこには、激しく言い争うランとムギナミがいた。「やっぱり、ここだった！」 自分を守るために争う二人にまどかのとった行動とは？いま、ジャージ部の絆が試されようとしている！

本格的に夏！ B.W.Hでは、ランとムギナミも元気に店を手伝っている。しかし、実はランもムギナミもディセルマインとヴィラジュリオのことを気にしていた。まどかは、２人の役に立つなら一肌も二肌も脱ぐ、と力強く宣言する。 そんな折、アステリア会長代理は、ディセルマインがランに施していた実験をまどかにも試すと提案する。ウォクスを軍事目的ではなく平和利用に使えると証明してしまえば、レ・ガリテもデ・メトリオも手出しできなくなるというのだ。「分かった、私、やるよ！」と、立ち上がるまどか。そして、ランとムギナミも、まどかを争いに巻き込まないですむなら……と、実験に賛成した。 鴨川上空で実験がスタート。まどかとウォクス・アウラはこれといった反応を示さなかったが、アステリアがまどかの羞恥心を刺激すると、ウォクス粒子の数値が跳ね上がった！ さらに、アウラのコクピットでは更なる異変が起きはじめる……。

まどかは、実験中に出会った少女のことに思いをめぐらせていた。そのかたわらのランは、兄のディセルマインに地球への亡命を許してもらえないのでは、と浮かない顔。ムギナミは、意気消沈したランを元気づける。 そんな彼女たちの思いとは関係なく、レ・ガリテとデ・メトリオ、両国家首脳会談の日がやってきた。側近たちを連れて、ファロスに降り立つディセルマインとヴィラジュリオだったが、アステリア会長の策略によってエレベータに二人きりにされてしまう。二人の本心を掴もうと会話をモニターするアステリアたちは、ディセルマインが、どうやら、まどかの存在を重要視しているらしいことを知る。その時、正体不明のオービッドが鴨川沖に出現し、海岸に不時着したことで、エレベーターでの会話は中断させられてしまう。 海の家からその様子を目撃したキリウスたちは現場へと急行するが、驚きの光景を目にする。コクピットから出てきたのは……

ユリカノに会いたい一心で、ディセルマインの戦艦に乗り込んだまどかたち。てっきり地球に送り返されるのかと思いきや、まどかとムギナミにはパーティドレスが渡され、ディセルマインは豪華な晩餐会を開いて歓迎してくれた。 ランの友達になってくれたことを感謝するディセルマインに対し、まどかは「ユリカノさんに会わせてもらえませんか？」と単刀直入に切り出す。ディセルマインは、ミリティア・ゾデアの惨劇から奇跡的にユリカノを救い出したものの、彼女は過去の記憶を忘れ、別人のようになっていると語る。そして、秘密にしていたことを素直に謝罪するのだった。そんなディセルマインの紳士的な態度を、すっかり気に入ったまどか。もしかすると、ユリカノに会わせてもらえるかも知れない……！ ところが、まどかは艦の中で迷子になってしまう。やっとたどり着いたのは、ラグランジェの花の咲き乱れる庭園だった。庭園にいたディセルマインは、まどかに言う。「ユリカノに会わせてあげよう」。艦の最深部に招かれたまどかの見たものとは？

ディセルマインとモイドの実験によって、戦艦には大異変が起きてしまい、艦内はパニック状態に！ そして、実験台にされたまどかとユリカノにも、思いもよらないアクシデントが起きていた……そんな事情も知らず、ムギナミはまどかを連れ出す。そして、ユリカノもディセルマインの命令で脱出ポッドに乗せられてしまう。 戦艦の周囲では、ユリカノを取り返そうとするイゾたちのオービッドが、レ・ガリテ軍と戦いはじめた。大乱戦の中、意志を持ったかのようにランを救い出すウォクス・リンファ、ムギナミのもとへ駆けつけるウォクス・イグニス！ しかし、ウォクス・アウラだけはまどかの身に起きた異変を察知し、その場から去ってしまうのだった。 戦場を遠く離れたまどかは、ユリカノの心に想いをめぐらせる。そして彼女は、ディセルマインへ寄せるユリカノの想いに気がついてしまう。しかし、誰もまどかの助けには現われてくれない……その時！

ユリカノ消滅という事態に茫然となるディセルマインとヴィラジュリオに「歯ぁ、くいしばれ！」と鴨川ダイナマイト・ボンバーをぶっ飛ばすまどか。ユリカノの想いを知り、心を打たれたディセルマインとヴィラジュリオは、共にポリへドロンのために歩むことを誓い、国際会議でレ・ガリテとデ・メトリオが友好関係を築くことを宣伝する。 会議の後、まどかの強引な後押しもあって、ディセルマインは妹のランに初めて「すまなかった」と優しい言葉をかける――感激して、涙を浮かべてしまうラン。ムギナミもヴィラジュリオから「俺は死ぬまで、お前のお兄ちゃんだ」と言われ、喜びをかみしめる。そして、まどか、ラン、ムギナミは“誓いの丘”へと向かう。思い出の場所で、まどかは新しい誓いを立てようとランとムギナミにもちかける。それは「ウォクスでは戦わない」こと――。だが同じ頃、ファロスでは意外な事実が明らかになっていた。

ここのところ、背後から誰かの視線を感じているまどか。ランやムギナミも、同じように「誰かに狙われている」と感じていた。３人を物陰から見ていたのは、一年生の三木れい子。れい子はまどかの手をつかんで、「私をジャージ部に入れてください！」と熱烈にアピールする。予想もしない展開に呆然としてしまうまどか。しかし、学校から部活動と認められず、廃部寸前だったジャージ部にとっては渡りに船。４人そろえば、正式な部活として承認してもらえるかも知れない！ さっそくジャージ部活動に張り切るまどか、ラン、ムギナミ、そして、れい子。ところが、れい子がジャージ部に入った動機を聞いて、まどかたちは困惑してしまう。 その頃、アステリアはレ・ガリテとデ・メトリオの友好の象徴として、鴨川の棚田祭を宇宙中継しようと提案する。棚田祭への参加を決めたまどかたちは、れい子の誤解をとくためにサプライズを用意するのだが…。

２学期が終わったというのに、いまだ自分の進路を決められないでいるまどか。周囲の心配をよそに、まどかの頭の中はクリスマスに宇宙へ帰ることになったキリウスとアレイの送迎パーティのことでいっぱいだ。 一方、アステリアはファロスで緊急会議を開いていた。モイドが行方不明になり、レ・ガリテにも帰っていないことが分かったからだ。そして、アステリアは初めて、自分の正体をファロスのクルーたちに明かす――田所たちは驚きこそしたが、一致団結してモイドの行方を探しはじめるのだった。 キリウスたちの送迎パーティが近づくが、その準備中、まどかは風邪で倒れてしまった。まどかを看病するランとムギナミは、それぞれの将来を語り合う。もし３人の進路がばらばらになっても、心はひとつ――ランとムギナミはお互いの絆を確かめ合うのだった。 その頃、平和な鴨川から遠く離れた宇宙では、モイドがある計画を実行に移していた……。

突然、ポリヘドロン全体に攻撃をしかけはじめたディセルマイン。彼の本意を確かめるために出撃したヴィラジュリオを、ディセルマインは新型オービッドで迎え撃つ。 ファロスでも、レ・ガリテが総攻撃を始めた理由がわからず、誰もが不安そうにしていた。ランとムギナミは、故郷のポリヘドロンがどうなってしまうのか、いてもたってもいられない。ウォクスで戦場へ向かおうとした２人を待っていたのは、まどかだった。一度は「もうウォクスでは戦わない」と誓いあったまどかたち。その誓いを破るなら、３人一緒でなければダメ、とまどかはランとムギナミに呼びかける。 ウォクスで出撃したまどかたちは、ディセルマインとヴィラジュリオの戦いに割って入る。なぜ友好関係を築くと誓ったのに戦いを始めたのか、疑問をぶつけるまどかに対し、ディセルマインはついに本心を吐露する「ヴィラジュリオさえ殺せればそれでいい！」と……。

ディセルマインのオービッド“マグオルトル”の引き起こした異常気象は鴨川だけではなく、全世界へと広がっていく。それは2万年前の地球の惨劇と酷似していた。そんな中、鴨川の空に広がる不吉な暗雲を嬉しそうに見あげているのは、モイドだった。 まどか、ラン、ムギナミたちは輪廻の彼方に飛ばされていた。彼女たちの前に立ちはだかるのは、巨大化したマグオルトル。まどかは、何度となくマグオルトルに挑むものの、まったく歯が立たない。「こんなヤツも倒せないんじゃ、私なんてバツだ！」最後の力を振り絞って立ち向かうも、圧倒的な力の前に倒れたウォクス・アウラは輪廻の海の底へと沈んでいく――。あきらめかけたまどかの携帯に誰かからメールが入るとアウラの周りを光が包む。そして、まどかはディセルマインのヴィラジュリオに対する信頼と友情を知るのだった。 輪廻の海辺で再会したまどか、ラン、ムギナミの３人は今なすべきことを確認しあうと、ジャージをまとって最後の戦いに向かう――！

地球全体を覆う天変地異はおさまらず、地球軌道上のレ・ガリテ、デ・メトリオの艦隊も混乱したままだった。誰もがあきらめかけた中でようこは、いまだ輪廻の向こうから帰ってこないまどかのことを信じつづけていた。果たして、ジャージ部の３人は戻ってこられるのだろうか？ 戦いを終えたまどか、ラン、ムギナミは、輪廻の海辺である人物と再会する。それは、傷ついたディセルマインを抱きかかえたユリカノだった。ユリカノは、ディセルマインの心を変えさせたのは、まどかたち３人の想いだという。一緒に戻ろうというまどかに、ユリカノは、罪の意識から輪廻の世界にディセルマインと共に残るという――。「そんなの、ダメだよ」と、まどかはユリカノに手を差しのべる。本当にけじめをつけたいのなら、ディセルマインも連れて現実世界へ帰るべき。自信満々のまどかの主張に、ユリカノは困惑する――。果たして、彼女たちの選択は？