Cerita berpusat setelah tiga tahun sejak kejadian di Muv-Luv Unlimited. Takeru Shirogane terbanung dalam tidurnya dan menceritakan mimpinya yang begitu menabjubkan sekaligus mendebarkan kepada teman-temannya. Walau begitu, Takeru merasa bahwa ada sesuatu yang aneh terhadap dirinya dan tempat yang ia tinggali. Menyadari hal ini, Takeru keluar dari rumahnya dan mendapati dirinya berada di sebuah tempat yang cukup asing. Selang beberapa saat, Takeru baru menyadari bahwa ia telah kembali masa sebelum terjadinya Muv-Luv Unlimited. Sekarang, mampukah ia menyelesaikan tugasnya seperti sebelumnya?
