全世界規模で発生した異常事態「ブラックアウト」により両親を失った森先化歩は、同じ団地に住む観統エリカによって育てられた。ブラックアウトから７年後、市内で発生している不可解な事件「Ｑ」に巻き込まれた化歩は、そこで少年「らぷらす」に出会う。

魔女の娘となった化歩は仲間と共に戦いの日々を過ごしていた。 そんなある日、同じ「魔女の娘」である夜河世界が、未来視の能力によって神椿市に危機が迫っていることを察知する。 その直後、実際に参番街にテセラクターの大群が発生する。

神椿市を護る結界装置、VALISがテセラクターによって突破される。このままでは神椿市民が全滅してしまうことを危惧した復興課長は、VALISの復旧を急ぐ。此処は新しい結界装置を受け取るために離脱。夜河世界は、かつて自分が保護されていた「ヰ世界救済教団」にテセラクターが迫っていることを未来視で察知し、単独で救出に向かう。

VALISの動力源が「魔女の素養者」と呼ばれる生きた人間であることを知った魔女の娘たち。復興課のやり方に納得できない彼女たちは、自らの存在意義を見つめなおすことになる。 一方、化歩たちの様子を見て、そのもやもやを知るために意外な行動をとる復興課長だったのだが……。

復興課長が失われたことで監視機能が弱まった魔女の娘たち。それでも市民を護ろうと奔走するが、Qの発生件数は増加の一途をたどる。市内では、行方不明事件に関するうわさが広まり、人々は疑心暗鬼に駆られていた。

セントラル駅前で発生したＱから人々を救助した此処たち。だが、市民たちは逆に彼女たちがこの連続行方不明事件の犯人だと思い込んでしまう。街全体が敵になったと悟り、魔女の娘たちは身を隠すことを決めるのだった。

取り戻した記憶から、自分がひとつ前の神椿市からやってきたことを仲間たちに告げる此処。「フェノメノン」と呼ばれる神椿市の再生現象。くーげるが残した記憶の卵から、かつて何が起きていたのかを魔女の娘たちは知ることになる。

ファミリアたちはフェノメノンで巻き戻らず、繰り返される神椿市をすべて見てきた、ということを知らされる魔女の娘たち。彼らから伝えられたのは「まくすうぇるが起こす二度目のブラックアウトは必ず7月31日に起きていた」という事実だった。

この世界はすべてが作り物。まくすうぇるの告げる衝撃の事実を知り、化歩に異変が起きる。狸眼や世界、派流、此処はそれぞれこのの事実にどう向き合うのか。 魔女の娘たちに動揺が広がる中、二度目のブラックアウトが迫る。

二度目のブラックアウトが始まり、あぐにとあねもすは戦闘不能に。絶望的な状況の中、重傷を負った世界を守ることを強く願うあまり、派流はテセラクター化し「かるら」となる。 一方、神椿市営団地で戦う此処と狸眼。らぷらすとはすたーが必死の防戦を行うが、化歩は動かない。魔女の娘の想いの力は弱まり、徐々に追い込まれていく。

平和な日々が続いていた。だが、その日々に花譜は違和感を感じていた。 本当の自分の居場所と、いまいる場所のずれ。 そんな思いを持ちながら、観測者たちの待つステージに、仲間と共に彼女は立つ。 ライブが始まると、自分の中の違和感がさらに大きくなっていく。知っている曲だけど、本当は違う場所で歌っていた。 花譜と化歩の記憶が交錯したとき、「はじまりの魔女」ソフィアと邂逅することとなった。

はじまりの魔女ソフィアの力で、「次元の狭間」へと別々に送り出された魔女の娘たち。それぞれが、これまでのこと、これからのことに向き合う。 歌の力を信じて想いが一つになったとき、盟約の糸を通じ、ファミリアたちの記憶の卵から、化歩たちは第壱論理界へと帰還した。 一方、フェノメノンが始まらないことに気づいたまくすうぇるは魔女の娘たちが復活したことを察知。魔女ソフィアと接触したこと、高次元の存在が実在したことを知り、魔女の娘の記憶の卵を奪おうとする。 膨大なフラグメントを使い巨大化したまくすうぇると、魔女の娘たちの最後の戦いが始まる。

まくすうぇるは浄化され、神椿市には平和が戻った。 まくすうぇるが溜め込んでいたフラグメントに魔女の娘が干渉し、人々を取り戻せたかに思えたが、復活できたのは一部の人々だった。復興課と協力し、人々を支援する暮らしは続いていた。 そんな中、あぐにのちょっとした言葉から、狸眼がとあるアイデアを思いつく。