1944年、ブリタニア。人類は、ネウロイと呼ばれる謎の存在との長き戦いの中にあった。ブリタニアの片田舎から列車に揺られ、はるばるロンドンへやってきたジニーは、ミラーシャといのりという名の少女たちと出会う。そして、自分が連れているモフィが、ウイッチにしか見えない「使い魔」であることを知って驚くのだった。その頃、侵攻の脅威にさらされる人々を音楽の力で支えるべく、小さな音楽隊を指揮していたグレイス少佐は、さらなる活動の必要性を本部に訴えていた。

街で偶然耳にした歌声から新しい音楽隊のかたちをひらめいたグレイスは、新規隊員を募集する。だが、面接にやってきたのは、それぞれの部隊で居場所をなくした〝ポンコツ〟ウイッチばかり。そんな中、いのりは自分自身ではなく、どこいるとも知れないジニーを推薦に来ていた。あの日「気分が落ち込んだときには、歌うと良いよ」と、美しい歌声を聞かせてくれた少女にもう一度会いたい……。いのりの願いは届くのだろうか？

みんなの協力によってジニーが合流し、音楽隊の宿舎生活が始まった。さっそく、先輩であるアイラとエリーのもと、さまざまな訓練が繰り広げられていく。だが、ストライカーを装着した飛行訓練中、アイラの指導についていけないマリアが気を失ってしまう。晴れてブリタニア空軍に入隊したジニーが帰ってくるも、気まずい空気が流れていて……。そんな中、エリーは人前に出る訓練として、村の広場での練習を提案する。

最初は「戦わないウィッチ」に怪訝な目を向けていた村の大人たちからも理解が得られた音楽隊は、ちゃんとした歌を聴いてもらおうと、お披露目コンサートを計画。衣装、ダンス、楽曲制作と、それぞれに担当を割り振り、その日を目指す。ペアでの作業や練習を通して、お互いのことを少しずつ知っていく仲間たち。音楽隊、はじめの一歩となるステージの行方は？

「わたしたちは、連盟空軍航空魔法音楽隊、ルミナスウィッチーズです！」。村でのステージを成功させた彼女たちのもとへ、ワールドツアーが承認されたことが伝えられる。世界を回って、戦いに疲れた人々に希望とやすらぎの〝光〟を届けるのだ。記念すべき最初の訪問国は、ロマーニャ。だが、帰郷となるシルヴィはなぜか浮かない顔で……。

ロマーニャを始まりにステージを重ね、休暇を兼ねたトランジットでギリシアに逗留するルミナス。マリアは、さらなるパフォーマンスの向上を目指し、飛行中のシールドを演目に取り込むことを提案する。だが、地上での練習にこだわるマリアに対し、もっとストライカーで飛び回りたいマナが反発し、２人は衝突してしまう。高い理想を描くマリア。しかし、そこには、誰にも打ち明けられない葛藤があって……。

北アフリカでの公演を経て、次なる開催地はミラーシャの故郷でもあるオラーシャ。しかし、移動中からモフィの様子がどこかおかしい。飛行場の近くに「使い魔」に詳しい人が住んでいる人がいると聞き、すぐにも向かうジニーたち。そして、アンナという穏やかな女性と出会い、そこがネウロイの襲撃から逃れて都市ごと疎開してきた街なのだと知る。暮らしを再建するため、わき目も振らず働く人々。その力になるべく、ルミナスは奔走する。

扶桑皇国での公演もやり遂げ、いのりの祖母の家に向かうルミナス。料理や掃除、自分たちで宿泊のしつらえをすることとなって、みんな大張り切りだ。だが、ひとり、ミラーシャは肝心なところでミスをしたことを引きずっていた。そして、アイラに褒められているエリーに対抗心を燃やし、一方的に勝負を挑んでいくのだった。その頃、グレイスはとある人物との〝反省会〟へ出掛けていて……。

世界十数カ国、約30ステージにわたったワールドツアーのラストを飾る地はリベリオン。いまだネウロイの直接的な攻撃を受けず、ニューヨークには高層ビルが立ち並び、ブロードウェイもかつてと変わらず興行を続けていた。会場となるのは、歴史ある軍事施設、ガバナーズ島のフォートジェイ。軍の上層部や上流階級の人たちに向けて行われるため、家族や親しい人たちを招くことができないジョーは複雑で……。

第501統合戦闘航空団ストライクウィッチーズがネウロイの巣を撃破し、ガリアが解放された。人類史上初の快挙に国を挙げて沸き立つ中、ワールドツアーから帰還し、盛大に迎えられるルミナス。出立時には想像もできなかった人気で、広報活動に追われ、さらにはガリアで行われる凱旋記念式典への出演も検討されているという。現地視察への同行を求められるガリア出身のエリー。だがその裏では、ジニーに転属命令が出ていて……。

ガリア凱旋記念式典への出演が正式に決定した。だが、モフィを仲間たちのもとへ返したジニーからは魔法が消え、ウィッチでなくなったからには除隊も免れない。「みんなと歌うのは好きだけど」--。自らの決断で、宿舎を出ていくジニー。今回の公演は、これまで自分たちの力で作り上げてきた演出、衣装、すべてが軍主導となる。観客も、要人ばかりで一般市民はいない。「わたしたちらしくやれるのかな……」。８人となったルミナスの〝光〟は、不安にか細くゆれていた。

自分にとって〝一番大切なもの〟に気がつき、仲間のもとへ駆けつけるジニー。一度は弱気になったみんなも、決してルミナスらしいパフォーマンスをあきらめることなく準備していた。いのりが衣装につけてくれたモフィの羽はもう見えないが、ジニーはそこに不思議なぬくもりを感じる。そして迎えた、ガリア解放記念式典公演。９人は、これまで以上のステージを届けることを誓って、心を一つに手を合わせるのだった。「ルミナスウィッチーズ、テイクオフ！」