「一方通行（アクセラレータ）」を倒した無能力者（レベル０）として、一躍有名人となってしまった上条。統括理事会は、混乱が収拾するまでの間、彼に一時学園都市の外に出るように命令する。行先は海。不法滞在者のはずがなぜか問題なく学園都市を出られたインデックスとともに、温泉旅館「わだつみ」に腰を落ち着ける上条。しかし、小萌先生の配慮で久しぶりに会えることになっていた両親と幼なじみの従妹は、諸事情で到着が遅れていた。翌朝、到着した父親の刀夜たち。……だったのだが、なぜか母親の詩菜はインデックスで、従妹の乙姫は美琴の姿をしていた。どんなたちの悪いいたずらだよ！と憤る上条だったが、どうやら、世界的に「人間の外見と中身が入れ替わってしまう」現象が起きているようだった。そんな上条の前に、赤い外套を着た奇妙なシスターが現れる──。

上条の前に現れた赤いシスターはミーシャ＝クロイツェフ。ロシア教会の対幽霊部隊『殲滅白書(Annihilatus)』に所属する彼女は、世界中でおこっている怪現象の大本となった大魔術『御使堕し（エンゼルフォール）』の発生源を探るべく、日本へとやってきたという。時同じくして、『御使堕し（エンゼルフォール）』の人格入れ替えからなんとか難を逃れたイギリス清教『必要悪の教会（ネセサリウス）』のふたりの魔術師も顔を現した。神裂と、そして、上条のクラスメイトでもある土御門。彼は学園都市にスパイとしてもぐりこんでいた魔術師だったのだ。儀式が必要なほどの大きな規模の魔術である『御使堕し（エンゼルフォール）』の術者を探し出すため、上条はミーシャと神裂、土御門の３人と行動を共にすることに。しかし、他の人には違う人間に見える神裂の姿が、とある混乱を巻き起こす──。

大規模魔術 『御使堕し（エンゼルフォール）』を止めるには、術者を倒すか、儀式場を壊すか、どちらかしかない。いくつかの不審な行動からミーシャが術者だと予測した上条と土御門は、彼女を追って上条家へと向かう。一足先に現地にたどり着いた二人が見たものは、刀夜が写る写真立て。その姿は、海の家で見たものとまったく同じで……。術の影響を受けないのは術者だけ。慌てて旅館へと戻った上条は、海辺で刀夜と対峙する。なぜオカルトなどに手を染めたのかと詰問する上条に、刀夜は彼の不幸を取り除くために行なった過去の出来事を語り始める。そこに現れ、「標的」を抹消しようとするミーシャ。そして、それを阻止しようとした神裂が、驚くべき事実を口にする──。

学園都市すべての学校が参加する大規模運動会「大覇星祭」。学園都市が一般開放される数少ないイベントとあって、開会式前から大盛況。いつものように美琴に絡まれた上条は、「負けたら何でも言うことを聞く」という条件で大覇星祭の結果で勝負をすることに。しかし、第一競技・棒倒しに備えるクラスのもとに戻った上条を待っていたのは、まったく大会にやる気のないクラスメイトの姿だった。美琴との勝負に早くも赤信号と思われたその時、体育館裏手で、対戦相手の学校教師からバカにされる小萌先生が。彼女の儚げな姿を見て、心技体全てが一致団結した上条のクラス全員は殺気を放ちながら相手チームへ突進する。一方、そんな楽しげな賑わいに隠れて、学園都市にローマ正教に雇われた運び屋が侵入していた。

なんとか罠を解除するも、オリアナの魔術により吹寄が倒れてしまう。無関係の一般人すら巻き込むオリアナのやり方に激怒する上条。ステイルのサポートを受けて、上条は土御門と共にオリアナを追いつめるが、あと一歩で無人バスに乗り込まれ、取り逃がしてしまう。ステイルの機転で、バスを爆破するも、難なく炎をかいくぐるオリアナ。魔道書の原典を一瞬で書き上げる『速記原典（ショートハンド）』を駆使しての戦いになだれ込む。渦中、ケガをしていた土御門は行動不能に陥り、変幻自在の魔術の前に上条も追い詰められていく。我が身を顧みない右手の一撃で上条に逆転を許したオリアナは、『刺突杭剣』を手放し、逃亡する。『刺突杭剣』を上条の右手で破壊すれば、この事件は終わるかに見えたが……。

刺突杭剣』の正体が『使徒十字（クローチェディピエトロ）』であると判明したことで、リドヴィアの本当の目的を知った上条たち。この状況が明るみになり、インデックスが動くことになれば、外部の魔術師の侵入を許すことになる。この事件を彼女に悟らせないよう、上条は、両親とインデックス、そして美琴と彼女の母親・美鈴と昼食の席を囲んだり、多分な誤解による美琴と黒子の理不尽な攻撃を受けたりしていた……。一方、イギリス清教からの報告を受けていたステイルは、緊迫した状況下にもかかわらず小萌先生に喫煙をとがめられ、お小言を受ける羽目に。そんな安息（？）のひとときも、土御門からの連絡で終わりを告げる。彼のつかんだオリアナの行方をもとに、合流を試みる３人。交通機関を巧みに使ったオリアナの逃亡に、土御門は再び探索の術式を発動する！

かろうじてオリアナの襲撃を退けた土御門。しかし、吹寄に続いて、姫神までがオリアナの手にかかり、重傷を負ってしまう。一般人を巻き込むことも辞さない彼女たちのやり方に、強い怒りを覚える上条。しかしそれは、オリアナにとっても想定外の事故だった。二度と過ちを犯さぬため、『使徒十字』で学園都市を支配する――その目的を果たすべく、再び動き出すオリアナ。一方、上条は彼女のあとを追いながら、その行動の不自然さに思い当たる。イギリス清教の報告から『使徒十字』の使用には星座が関わっていると推測されたが、決定打に欠けるまま、上条はオリアナを追いつづける。その頃、彼女の足跡を追っていた土御門が、あることに気付き……。