夜の廃工場で、化け物に襲われそうになっている少女を救おうとした少年・武藤カズキは、胸を貫かれ、死亡した。しかし翌朝、何事もなかったのように目覚めるカズキ。身体にも異常は認められない。あれは夢だったのか……？訝しみながらも学校（私立銀成学園）に登校し、平凡な一日を過ごすカズキを、静かに見つめる者がいた。その男は学園に務める教師・巳田。彼は放課後カズキを居残りさせ二人きりになると、昨夜、廃工場で昨夜なくしたはずのカズキの鞄を差し出した。何故鞄を巳田が持っているのか……やはりあのできごとは現実だったのか？混乱するカズキに、化け物に変化した巳田が襲いかかる！

カズキは斗貴子と共に、事の始まりの場所、オバケ工場を訪れていた。ホムンクルスを生み出した者の正体と目的を探ろうと、捜索を始めようとした二人だったが、空中から大鷲の翼を持つホムンクルスと、その背に乗った学生服の男に急襲される。かろうじて撃退に成功する二人だったが、斗貴子はホムンクルスの幼体に寄生されてしまう。このままでは彼女は一週間後には、脳を支配されホムンクルスと化してしまう……！

カズキは己の武装錬金であるランスを自在に操るための特訓をしながらも、斗貴子を救う解毒剤を手に入れるべく、ホムンクルスの創造主《パピヨンマスクをつけた銀成学園の三年生》を探していた。一方、創造主もまた、ランスを使う少年…カズキを探すよう、部下のホムンクルス・蛙井に命じていた。だが蛙井は命令を無視し、カズキに接触する。カズキの、ホムンクルスとの初めての一対一の戦いが始まった……。

カズキが出会った病弱な三年生、彼こそがホムンクルスの創造主、蝶野攻爵だった。カズキと斗貴子に捕らえられた蝶野は語る。己を蝕む不死の病を超越するため、自ら人間型ホムンクルスとなり、不老不死の身体を手に入れようとしているのだと。他人の命を奪ってでも死の運命に抗うという蝶野を前に、斗貴子は、蝶野が己の細胞から培養したホムンクルス本体を破壊しようとする。そこに、ホムンクルス・鷲尾が襲いかかった。

カズキと斗貴子は、カズキが囮となって鷲尾の防御を誘い、体勢を崩したところを斗貴子が仕留めるという、連続高速攻撃を鷲尾に仕掛ける。しかし鷲尾は野生の本能と戦士の経験で二人の作戦を読み、斗貴子の身体を切り裂いた！単身、鷲尾に立ち向かっていくカズキ。新しい命をくれた斗貴子を守りたいというカズキの思い、自分を救ってくれた蝶野の望みを叶えさせたいという鷲尾の思い、譲れないふたつの思いが激突し、眩い閃光を生む！

蝶野攻爵は、先祖が錬金術の研究をしていた土蔵で、ホムンクルス本体が孵化する瞬間を待っていた。やって来たカズキに蝶野は、解毒剤はくれてやるが、ホムンクルスは自分の命の綱、絶対に渡さないと告げる。そこに攻爵の弟・次郎が現れ、ホムンクルスの入ったフラスコを破壊する。だが攻爵の叫びにホムンクルスが反応し、彼と一体化、人間型ホムンクルス・パピヨンが誕生する。果たしてカズキは、解毒剤を手にすることができるのか!?

キャプテンブラボーはカズキを錬金の戦士にスカウトする。同時に自らも学園の寄宿舎の管理人となり、斗貴子を学園に転入させ、敵の暗躍に備える。ドクトルバタフライの率いるLXE・超常選民同盟が、かつて錬金の戦士を裏切った反逆者と手を組み、活動を始めているのだ。大切な人を守りたいという気持ちと、その力が自分にはないのでは、と恐れる気持ちの間で揺れるカズキの前に、バタフライによって蘇生したパピヨンが現れた……！

金城を問いつめ、LXEの情報を得ようとするブラボーだったが、新たな敵・陣内によって金城は口封じのため殺害される。超常の戦いの中に身を投じたことを、改めて実感するカズキ。ブラボーはカズキを、錬金の戦士として徹底的に鍛え上げるための特訓を始める。同時にブラボーは斗貴子に、金城の使っていた核鉄を託す。その夜、核鉄を再び奪取せんとする陣内に操られた寄宿舎の生徒達が、一斉に斗貴子に襲いかかった……！

カズキは、二人の三年生――双子の姉弟で、生徒会長を務める姉・早坂桜花と、剣道部の強豪である弟・秋水――と知り合いになる。「強くなれるだけ強くなりたい」と語る秋水に親近感を覚えるカズキだったが、彼等はLXEの信奉者だった。二人は学園内にいる錬金の戦士の捜索と抹殺を命じられていた。転入生のデータを探り、斗貴子の正体を探る桜花……。そんなある日、早坂姉弟の任務を妬んだLXEのタイとシーが、学園に乗り込んでくる。

互いの正体を知り、驚くカズキと早坂姉弟。だが早坂姉弟に迷いはない。初手をカズキに譲った秋水は、日本刀の武装錬金・ソードサムライXを発動させる。エネルギーを吸収する特性を持つこの刀は、カズキのランスの特性を無効化してしまう。すなわち勝敗は、互いの持つ力のみが決めることになる……。激しく激突する両者だったが、ソードサムライXの煌めきは、確実にカズキの身体を切り刻んでいく。やがて秋水が、渾身の逆胴を放つ！

カズキは、姉弟を殺そうとする斗貴子を止めようとするが、彼女は「その甘さが君の命を奪う前に、君の戦う術を奪う」と、カズキに刃を向ける。全身を切り裂かれながらも、「命を簡単に切り捨てちゃ駄目だ！」と訴え続けるカズキ。斗貴子がたじろいだ瞬間、妄執に突き動かされた秋水が、カズキの身体を貫いた……！だが咄嗟に桜花が放った矢の能力により、カズキの傷は彼女へと移る。失われようとする命を前に、カズキは、斗貴子は、どうする？

LXEのアジトをブラボー、カズキ、斗貴子が急襲する。だがそこにいたのはムーンフェイスのみ。彼は、ドクトルバタフライが生徒達を生贄にし、裏切りの戦士を復活させるため、銀成学園に向かったことを告げる。急ぎ学園に向かうカズキと斗貴子だったが、原因不明の霧に行く手を阻まれる。霧の中では、人型ホムンクルスの群れが、生徒達を襲おうとしていた……！その頃、遂に核鉄を手に入れたパピヨンも、一人学園に向かっていた。

友人達の声援を背に戦い続けるカズキの余りの強さに、斗貴子は疑問と不安を抱いていた。だが状況は、核鉄の力を手に入れたパピヨンが乱入し、ドクトルバタフライと戦い始めたこともあって、混戦に。そんな中、遂に裏切りの戦士が目覚めてしまう。すると生徒達が、次々に倒れ始めた。裏切りの戦士が食事――周囲の生物の生命エネルギーを、直接吸収する――を始めたのだ。カズキは、倒れた生徒達の姿に激しく動揺するが……。

百年の眠りから目覚めた裏切りの戦士、ヴィクター。彼はカズキと斗貴子を錬金の戦士と見て取ると、激しい憎悪を露わにし、二人を一蹴する。エネルギードレインされながらも、なぜか戦い続けられるカズキだったが、ヴィクターにランス＝核鉄＝心臓の代用品――を粉々に打ち砕かれ、絶命する。カズキの死に、天を仰いで哭く斗貴子……。「共に逝かせてやろう」。ヴィクターが斗貴子に告げた時、ひび割れたカズキの核鉄が躍動を始めた……！

ヴィクターと同じ容姿と化したカズキは、狂戦士の如き戦いぶりを見せるが、縋る斗貴子の悲痛な叫びに我を取り戻す。パピヨン曰く、カズキの変貌は「人間とヴィクター、中間の存在になった」ためだという。ブラボーが本隊に戻り、百年前に何があったのか確かめてくることに。やがて夏休みを迎えたカズキは、斗貴子や仲間と一緒に海に出掛け、あの事件がなかったのように楽しいひとときを過ごす。だが、斗貴子の前に謎の男が現れる……。

夜の浜辺で、カズキはブラボーから驚くべき事実を聞かされていた。黒い核鉄を胸に埋め込まれたカズキは、六週間後にはヴィクターと同じく、存在するだけで死を撒き散らす、忌むべきモンスターと化すという。一人でも多くの命を守るためにカズキを殺すというブラボーと、斗貴子に貰った命の最後まで、人としての生を全うするというカズキ。信念を貫き通すための、悲しき激闘が開始された。やがてブラボーの拳が、カズキの胸を貫く……！

斗貴子は、彼女が黒い核鉄を手に入れた場所へ向かおうとするカズキに、「私は君から離れない。君と私は一心同体だ」と告げる。斗貴子に憧れの情を抱いていた剛太は、それを耳にし、強い衝撃を受ける。ひとり彷徨ううちに彼は、斗貴子とカズキを追う再殺部隊と出くわす。戦団に対する反逆者となった斗貴子を守るべく、剛太は武装錬金を発動させ、身構える。だが戦士長・火渡ら歴戦の戦士を相手に、勝機はあるのか……!?

黒い核鉄のあった場所、ニュートンアップル女学院に向かうカズキ、斗貴子、剛太。再殺部隊もまた学院を目指していたが、その前にパピヨンが立ち塞がる。戦士長以上に数多くのホムンクルスを屠ってきた男・戦部が一人残り、パピヨンと戦うことになる。彼はホムンクルス以上の修復能力を持っていた。パピヨンに策はあるのか？その頃、戦団からヴィクター探索・討伐の指揮を任された戦士・千歳は、山奥深く修行に励む、早坂秋水を召還していた……。

カズキとはぐれた斗貴子と剛太を、根来が襲う。亜空間に自在に出入りできる根来の能力に、為す術のない剛太。だが、根来が斗貴子に攻撃を仕掛けたことに対する怒りが、逆に剛太の冷静さを呼び起こし、逆襲へと転じていく。一方、ヴィクターを発見した討伐部隊は一斉に攻撃を仕掛けるが、ヴィクターの余りにも強大な力の前に圧倒される。その頃カズキの前には、キャプテンブラボーが姿を現していた。二人の、最後の決戦が始まる……

カズキとブラボーは、決着を付けるべく戦い始める。山林を揺るがす激闘に割って入ったのは、二人を追って来た斗貴子と剛太だった。斗貴子はブラボーに、黒い核鉄を無効化する手段を探す時間を与えて欲しいと訴える。だがブラボーは、一筋の光明に賭ける訳にはいかないと答え、カズキを葬った後、自らも命を絶つと告げる。それを聞いたカズキは、「俺はアンタに勝つ。勝ってアンタを死なせはしない！」とブラボーに最後の一撃を放つ……！

カズキ再殺の任を帯びた火渡の武装錬金・ブレイズオブグローリーが、シルバースキンを装着したブラボー以外の全員を、灰も残さず蒸発させた……筈だった。だが、シルバースキンの中にいたのはカズキ、斗貴子、剛太。炎に包まれる瞬間、ブラボーが我が身を捨ててカズキ達を救ったのだ。ブラボーを失った怒りに駆られ、激突するカズキと火渡。その頃ヴィクターは、錬金戦団と交戦し、途方もない力の片鱗を見せつけていた……。

錬金戦団によるヴィクターへの総攻撃が始まった。火渡の率いる錬金の戦士達が挑むが、ヴィクターの進化は最終段階に達し、それまでとは桁違いに強大な力を振るい出す。一方ニュートンアップル女学院にたどり着いたカズキ達は、パピヨン、御前と合流していた。一行を迎えたのは、ヴィクターの妻・アレキサンドリアと娘・ヴィクトリア。二人は、化け物と化したヴィクターを元に戻すための研究を、百年間続けてきたという……。

人間に戻れるのはヴィクターと自分、どちらか一人だけ。カズキは究極の選択を突きつけられる。そんなある日、カズキは斗貴子と共に銀成市へ帰り、何事もなかったかのように振るまい、仲間達と遊園地で夏の一日を満喫する。だがその帰り、二次会に行こうという誘いを断り、カズキはひとり給水塔へ。既に自分の選択は決まっている。決まっているが、そうしたら俺は……！一人顔を伏せたカズキの傍らにやって来たのは、斗貴子だった……。

ヴィクターを再び人間に戻すことができる、白い核鉄がついに完成した。しかし、精製に時間がかかるため、白い核鉄はひとつしかない。カズキは、最初にヴィクターを人間に戻し、第２の白い核鉄をパピヨンに完成させてもらって、自分も人間に戻る決心を斗貴子に伝えるのだった。そのころ錬金の戦士たちは、海上で第３段階へと進化したヴィクターと激しい戦いを繰り広げていた。何度倒しても再生するヴィクターに苦戦する戦士たちのもとに、白い核鉄をもったカズキたちが現われた。早速、カズキは白い核鉄を、ヴィクターの胸に打ち込んだのだが……。

周囲の生物からエネルギーを奪う、?エネルギードレイン?。ヴィクターはこれを行なうことで何度倒されても再生しつづける。カズキは彼を倒すために再生を阻止するべく、周囲に生物のいない月へと彼を連れ出した。一方、地球に残された斗貴子は、カズキがいなくなったことで落ち込んでいたが、最後に彼にしてあげられることは何か、と考えていた。そして、斗貴子はカズキの代わりに、錬金の戦士としての最後の任務へと出かけた。

カズキが果たせなかったパピヨンとの決着。せめて代わりを果たそうと、斗貴子はパピヨンのアジトのあった場所に行く。しかし彼は、「カズキの代わりなどいない」と、とりあわなかった。そして斗貴子は、彼の研究を突き止め、世界を焼き尽くすつもりであることを知る。斗貴子はカズキが命をかけて救った世界を守るため、彼の研究物を破壊しようとするが……。