テレビで目にした「円形の虹」に、幼い日の記憶を蘇らせた高校２年生・真夏ダイチ。 夏休み初日、種子島へ旅立った彼は、そこで不思議な少女・エーリアルと出会い、さらに地下深くで巨大ロボット、アースエンジンと対面を果たす。 一方その頃、機械生命体・キルトガングのアマラとモコは、人類侵略の第一歩を踏み出そうとしていた。 地球に迫る危機を感知したダイチは、ライブラスターの引き金を引き、アースエンジンを発進させる。

アースエンジン・インパクターへの合体変形を成功させたダイチ。彼は「魔法少女」を名乗る謎の少女とともに、キルトガング・モールキンを撃退する。地上に戻ってきたダイチは、かつて父が所属していたグローブが、異星人の侵攻から地球を守るための組織だということを知る。さらに彼はそこで、幼少の頃に出会った嵐テッペイ、夢塔ハナと再会を果たすのだった。

グローブの司令官・西久保のひとり娘、夜祭アカリが新たにチームに加わり、存分に夏の種子島を満喫するダイチたち。そんな４人の前に、新たな敵・アマロックが現れる。西久保の制止を振り切り、まだ修理が終わっていないアースエンジンを発進させるダイチ。ピンチに陥った彼を救ったのは、新たなキルトガング・アルビオンだった。その掌の上に輝く円い虹を目にしたダイチは、アルビオンを動かしているのがテッペイであることを知る。

キルトガング・アルビオンの正体はテッペイだった……。隔離されたテッペイの身を案じ、彼のもとを訪れるダイチ。不安を隠せないテッペイに、ダイチは「テッペイはテッペイだろ」と伝えるのだった。一方、アルビオンの出現は遊星歯車装置の２人にも衝撃を与えていた。グローブの基地を急襲したアマラたちは、テッペイの身柄を奪おうと試みる。その前に立ちはだかったのはダイチ、そして彼の手のなかで光り輝くライブラスターだった。

キルトガングに対し、徹底抗戦を唱える“迎撃派”と選ばれた人類による脱出を目指す“方舟派”。テッペイがキルトガングとして覚醒したことをきっかけに、両派の対立は深まりを見せる。そんななか“迎撃派”の西久保司令はテッペイに、天海道でコールドスリープ中である嵐エイジの身柄を確保するよう命令を下すのだった。アカリとともに天海道へ向かうテッペイは“方舟派”工作員の妨害をくぐり抜け“遺伝子上の父”と対面を果たす。

天海道でのどさくさにまぎれ行方をくらませた、テッペイの“父”エイジ。状況が刻一刻と変化するなか、キルトガングの襲来に備え、選ばれた人類だけを地球外へと脱出させる「キヴォトス計画」を推し進める“方舟派”は、計画の要となるハナの身柄を奪おうと企てる。種子島基地に監察官として派遣されていた広末レイトがハナを連れ去ろうとしたとき、現場に駆けつけたのはダイチ。得意のブーメランを使って、彼はハナを助け出すのだった。

ハナの予知通り、第１防衛圏内に出現したアマロックたち。挟み撃ちに逢い、苦戦を強いられるダイチの前に現れたのは、テッペイと彼のキルトガング・アルビオンだった。すべての迷いを振り切り、自ら自分のエゴブロックを破壊するテッペイ。彼の協力により、一同はアマラとモコの撃退に成功する。さらに今回の戦果を受けて、西久保は独立遊撃部隊「ミッドサマーズナイツ」の結成を宣言、そのキャプテンにダイチを指名するのだった。

テッペイのほかに存在する５人のデザイナーズチャイルド。そのひとり、ジンの覚醒を阻止するため、ダイチたちはお台場へと向かう。 彼はそこのカジノでディーラーとして働いていた。「結局、この手には、いつもなにも掴めない」。 友人から孤立し、これまでの人生を後悔するジン。その前に現れたのは、ほかでもないアマラとモコだった。 モコから口づけを受けたジンは、遊星歯車装置としての自分の真の力に目覚め、不敵な笑みを浮かべる。

５人目の遊星歯車装置は、現役アイドルのアイ。マシングッドフェロー・蛇花火に乗り込む彼女に、ダイチたちは苦戦を強いられる。 一方、アカリを拉致したアマラは、彼女のハッキング技術を使い、低軌道にあるすべてのインパクターの動作を止めるよう脅す。追い込まれたアカリがとった“最後の手段”とは、各国の核兵器により人類を滅亡させること。“食糧”が失われることを恐れたアマラは、アカリを解放せざるをえなかったのだった。

なによりも速さを愛する少女リン。遊星歯車装置として覚醒した彼女は、人魚姫でダイチに勝負を仕掛ける。 リビドーカプセルを壊すことに成功したダイチだったが、あと少しのところでアブリアクションの成功を許してしまう。 チームに貢献できていないと悩んでいたテッペイは、ダイチの代わりに宇宙へ上がることを決意する。 もうひとつのエンジンシリーズ、“ネビュラエンジン”を駆り、彼はリンの飽和攻撃を見事にかわし、迎撃に成功するのだった。

6人いるデザイナーズチャイルドのひとり、セツナ。彼女はアインゴッド社の研究員、毬村マオのもとにいた。 毬村は彼女を利用して、自分が永久に若くいられる方法を探していた。 一方、セツナの所在を突き止めたアマラとモコ、そしてダイチたちもまた、彼女の身柄を確保すべく動く。研究所で鉢合わせ、銃撃戦となる2組。 しかし先手を打ったのは謎の資金提供者“ロビン”から指示を受けた毬村の助手・伴コウイチだった。

デザイナーズチャイルド、最後のひとりの正体が明らかになった。麻野田組の構成員として、地下闘技場のリングに上がる少年・バク。 リタからの連絡を受け、ダイチたちは現地に向かう。 一方、アマラとモコもまたその地下闘技場を訪れていた。 リングに飛び入り参加し、対峙するアマラとバク。アマラと拳を交わすうち、バクはキルト銀河市民だった頃の記憶を取り戻しかける……。しかし彼は、モコのテレパシーキスを拒絶するのだった。

バクが想いを寄せる麻野田組組長のひとり娘・クミコを人質に取り、彼を仲間に引き入れようとするアマラ。そのとき現場に現れた組員・ハルヒコの銃弾が、クミコに命中。しかし彼女の傷は、みるみるうちに消えてしまう。すべては、バクがクミコに生き続けてほしいと願った結果――１年前のマグス号事件をきっかけに、彼のシンギュラリティが生み出した幻だった……。クミコが消えるのを見送ったバクは、アマラたちとの合流を決意する。

アカリの発案により、リゾートホテルで休暇を楽しむダイチたち。その夜、ダイチは彼の部屋で涙を流すハナの姿を目撃する。一方その頃、アマロックたちは人工衛星レガシーを墜落させようと目論んでいた。グローブ基地を目がけ落下するレガシーを前に、なすすべのない一同。しかし浜辺に駈け出したハナの合図とともに、水中から強力なビーム砲が放たれる。何が起こったのか尋ねようとするダイチに対し、ハナは無言で走り去ってしまう。

行方をくらましたハナは偶然、遊星歯車装置の“女王”セツナと遭遇。だが不思議な共感を覚える２人のもとに、アマラとモコが現れる。さらにテレパシーキスにより記憶を取り戻したセツナは、アマラたちにハナの身柄の確保を命じるのだった。駆けつけるダイチたちとの間で交わされる、激しい戦闘……。テレパシーキスでダイチの本心を知ったハナは、動作不能となっていたライブラスター・ブロッサムを使い、アマラたちを撃退する。

ハナがブルーメを起動させたことをきっかけに、慌ただしさを増すGlobe内の各勢力。そんななか西久保はダイチに、遊星歯車装置の戦略拠点・要塞空母オーベロンを急襲する作戦「オペレーションサマー」の実施を告げる。一方、全メンバーが顔を揃えた遊星歯車装置は、次なる一手に出る。地球に迫るキルトガング・アイアタル。その前に立ちはだかったのは、負傷したダイチとテッペイに代わり、フレアエンジンに乗り込んだハナだった。

種子島基地に、新たな監察官・安藤ニオが訪れる。しかも時を同じくして、キルトガング・モールキンとジンバルドが出現。方舟派が配備を進める最新型インパクター・ケルベロスのコントロールを奪った彼らに翻弄されるダイチたち。そのときアカリがケルベロスのコントロールをハッキングで奪い返し、さらにはキルトガングを一瞬、停止させる。ダイチ、テッペイ、アカリ――それぞれの個性を生かした連携で、勝利をもぎ取るのだった。

宇宙船ブルーメを起動可能なハナの身柄を、なんとか自分たちのものにしようと動く方舟派。彼らは、天海道から帰還するハナたちを狙って、攻撃を仕掛けてくる。帰還船の不具合のためオーストラリアの荒野に不時着するダイチ、ハナ、テッペイの３人。その前に現れたのは、地上戦闘車・ソルティブルドッグの部隊だった。なんとか追撃を振り切るものの、戦闘中、テッペイの乗るネビュラエンジンは敵の攻撃により行動不能となってしまう。

アカリが中央司令部をハッキングしている隙に、ダイチたちはシドニー基地に格納されていた大型輸送機を奪取。オーストラリアから脱出を果たす３人だったが、そこに方舟派の切り札・サラマーエンジンが迫る。もはやこれまでと思われたそのとき、海中から現れたのは宇宙船ブルーメ。ダイチが再び、ブルーメから連れ出してくれることを信じて、自らブルーメに戻ったハナ。彼女は、ライブラスターを撃つために作られた人工生命体だった。

海中から姿を現したﾌﾞﾙｰﾒとともに､天海道へ向かったﾀﾞｲﾁたち｡ﾌﾞﾙｰﾒに備え付けられたｴﾝﾀﾝｸﾞﾙﾘﾝｸ航法を用いて天王星軌道に移動､ｵｰﾍﾞﾛﾝを攻撃する――西久保が密かに進めていた作戦｢ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝｻﾏｰ｣が､ついに発動されようとしていた｡その頃､方舟派のﾒﾝﾊﾞｰである監察官･広末もまた天海道に乗り込んでいた｡警備の隙を突きﾊﾅを人質に取った広末は､ｵﾍﾟﾚｰｼｮﾝｻﾏｰを中止するよう宣告する｡

ハナを人質に取った広末。しかもそれと時を同じくして遊星歯車装置のひとり、アイによって操られた衛星軌道上のデブリ群が天海道を襲う。迎撃に向かうも、機体を損傷してしまうテッペイのネビュラエンジン。この絶体絶命のピンチに、ダイチはアースエンジンの新兵器、ブーステッド・プラズマグナムで立ち向かう。見事、デブリ群を消失させたダイチ。彼の姿を目にした広末は、ダイチをキャプテンと呼び、人類の未来を託すのだった。

「これよりオペレーションサマーを開始する！」。ダイチの宣言とともに、天王星の衛星軌道に向けて、エンタングルリングを開始するハナと彼女が乗り込んだ宇宙船ブルーメ。しかしその前に、方舟派の最終兵器である超巨大インパクター、ガルムエンジンが立ちはだかる。ダイチとテッペイの連携により追撃を振り切ったブルーメは、眩い光に包み込まれた……。超空間航行が始まった次の瞬間、ダイチは自宅のベッドの上で目を覚ます。

気がつけば夏休みの前日。ダイチは叔父のトシアキとともに、学校の面談を受ける。自分のあり方が「何か間違ってる」と感じるダイチ。さらに彼の前にアマラやモコら、遊星歯車装置の面々が友人として現れる。ダイチを別荘へと執拗に誘うアマラたち。誘惑を振り切って縁日に向かった彼は、そこで本当になすべきことを見出すのだった。射的の引き金を引き絞り、ついに弾を撃ち出した瞬間、ダイチは、再び現実へと戻ってくるのだった。

宇宙船ブルーメで、土星近くにジャンプアウトしたダイチたち。立ちはだかるバグベアを、最終兵器ブーステッド・プラズマグナムで撃破した彼らは、ついに遊星歯車装置の母艦・オーベロンに到達する。しかしそこで待っていたのは意外な展開だった。遊星歯車装置の人工知能・パックがアマラたちを裏切り、ジンバルドのコントロールを奪取。さらに機体をダイチたちに差し向け、自爆させる。突然の反逆にアマラたちは戸惑いを隠せなかった。

パックの狙いは、ライブラスターが生み出す無限のエネルギーを手に入れること。宇宙船ブルーメと一体化したパックは、自らをロビングッドフェロー――銀河の絶対的支配者だと名乗る。そんな彼の暴走を止めるべく、特攻を仕掛ける遊星歯車装置のメンバーたち。そしてダイチもまた地球を守るため、決死の覚悟で突入する……。激しい戦いをくぐり抜け、ハナを救い出したダイチ。２人の前には青い地球と満天の星空が美しく輝くのだった。