高校三年生の成神陽太は、受験勉強の息抜きに公園でバスケをしていたところ、修道服を着た少女・ひなと出会う。ひなは陽太に「我は全知の神である。」と高らかに宣言する。戸惑う陽太だったが……。

ひなが遠い親戚であることを母・時子から聞かされた陽太は、成神家にひなを居候させることをしぶしぶ納得する。そしてひなは、映画制作をきっかけに片想い中の幼馴染み・伊座並との距離を縮めるよう、陽太に助言し――。

空の所属する映研部OGの神宮司ひかりは、母が経営するラーメン屋を手伝っている。しかし、ラーメン屋の経営は傾いており、借金の取立て屋から逃げる日々を送っていた。神宮司を心配する空を見かねて、ひなはラーメン屋を立て直すよう陽太に命じる。

陽太が美人弁護士・天願賀子のファンであることを知ったひなは、陽太の名前を使い、天願が主催する麻雀大会「リベルタス杯」のネット予選で勝ち抜き、本戦への出場権を掴み取る。麻雀初心者であるにも関わらず、陽太は本戦に挑むことになり――。

伊座並杏子は、幼い頃に母親を亡くしていた。母の命日が近づき、父を墓参りへ誘うが、仕事を理由に毎年断られてしまっていた。そんな伊座並家を心配したひなは、陽太と伊座並家に向かい、何とかして伊座並の父を外出させようと画策する。

近所の神社で夏祭りが開催されていることを知ったひなは、連れていくよう陽太に懇願する。さらに、「夏祭りは大勢で楽しむもの！」と言い張り、伊座並や阿修羅たちを誘うことを提案する。気乗りしない陽太だったが、結局夏祭りの誘いの電話をかけることになる。

ついに映画の脚本を完成させた空は、撮影に向けてスタッフキャストを集めるよう陽太にお願いする。陽太はメンバーをかき集め、伊座並や阿修羅、神宮司、天願など大勢のメンバーが参加することに。そして、空が配役を検討した結果、ひなと陽太がメインキャラクターを演じることになり――。

映画撮影は順調に進み、夏休みも残りわずかに。ひなが言う“世界の終わり”が近づくにつれ、陽太はひなが急に成神家から居なくなってしまうのではと不安を感じるようになる。意を決して、ひなについて両親に尋ねることにするが……。

興梠博士の目的を突き止めた央人だったが、研究結果までは突き止めることができなかった。平凡な高校生である陽太が、ラーメン屋を再建したり麻雀大会で優勝したりと、不自然な行動を繰り返していることに違和感を覚え、央人はひなが関与しているのではと疑いを持ち始め、ついに“ある秘密”に辿り着く。

ひなが連れ去られ、必死で探す陽太たちだったが、何の手掛かりも見つからないまま、2学期が始まってしまう。虚無感に苛まれている陽太の前に、央人が現れる。央人は陽太と次第に仲良くなり、阿修羅や伊座並とも一緒に過ごすようになるが……。

ひなを取り戻すことを決意した陽太は、央人の協力の元、ひながいる養護施設に潜入する。ついに再会を果たすが、ひなは完全に心を閉ざしていた。それでもひなの中に、「あの夏、一緒に過ごしたひな」がいることを信じて、陽太は必死に向き合っていく。

潜入が発覚し、施設から退去することになった陽太。司波からひなが別の施設に移ることを告げられ、何とか頼み込んでひなと過ごす最後の時間をもらう。「一緒に過ごしたあの夏」の思い出話をしながら、陽太は「一緒に暮らしたい？」とひなに問いかけ――。