2019年6月底，種子島。中央種子島高中的機器人社面臨廢社危機，熱愛機器人的社長瀨乃宮秋穗，以及對機器人一點興趣也沒有，沉迷對戰遊戲的八汐海翔是唯二的社員。兩人將舊種子島機場的車庫當做機棚，在裡面製作巨大機器人“鋼製作1號”，但距離完成遙遙無期。秋穗希望能夠以機器人社的名義出席半年後於台場舉辦的機器人萬博，以此向學校申請經費。

以ROBO-ONE第一名為目標，秋穗找出當年機器人社贏得ROBO-ONE的作品、掛名榮譽社長的機器人“種子島機器3號”，但卻因為太老舊而無法使用。秋穗努力地克服障礙、終於改裝好“種子島機器3號改”，但又遇到了新的障礙：操作方式太過複雜。此時，因為連續幾天太過拼命、疲憊過度的秋穗舊疾發作了‧‧‧

終於到了ROBO-ONE當天。搭載基爾巴萊作業系統的種子島機器三號機改一路過關斬將到決賽。最後的對手是在大會中二連霸的神秘面具參賽者“Mr.昴宿星”。但因為連日熬夜，身體狀況不佳，海翔在比賽中處於絕對的劣勢‧‧‧

秋穗為了進行鋼製造1號的計畫，向JAXA種子島宇宙中心要求協助卻被拒絕。昴也分析鋼製造1號的設計已經過時不能繼續下去，然而秋穗還是堅持要完成。不顧努力奔走的秋穗，昴竟詢問海翔是否有一起組隊參加ROBO-ONE世界大賽的意願。

海翔在宇宙之丘公園中看到、從口袋電腦一閃而逝的少女幽靈，在學校也有諸多傳聞。海翔請對都市傳說十分熟悉的淳和帶他一起尋找島上的傳聞地點。夜裡，海翔再度聽到少女的聲音，於是潛入已廢棄的南種子島鄉土館。在那裡，他見到了透過「居爾夫。」的AR APP才能看到的少女「愛理」。

淳和及芙拉加入了機器人社。昴為了參加ROBO-ONE世界大賽調整M45、秋穂則是為了鋼製作一號籌措資金，海翔調查君島報告，大家各自過著忙碌的日子。某日，被家裡禁止玩機器人的昴，在為M45進行基爾巴萊系統運用測試時被父親宏武發現了。

昴開始不再來學校，秋穗正為此焦急時，海翔為了履行與芙拉的交換條件而來到她的房間，得知她的母親就是鋼巴雷爾的動畫導演、以及最終回的相關事件。隔天，依然向學校請假的昴來到了維修棚，表示要協助建造機器人。此時，一名神秘女性出現‧‧‧？

神秘女性其實是JAXA職員天王寺綯。綯說JAXA計畫願意協助製造機器人的計畫，但希望能夠做出其他機器人參展萬博，沒想到秋穗竟回覆了令人意想不到的內容。另外，海翔從愛理那邊聽說君島報告總共有7份，為了要拿到NO.2，他在颱風來襲時爬上鄉土館鐵塔上的雷達穹頂。

為了慶祝鋼製作一號即將完工，機器人社來到鬥陣沖祭典。海翔去邀芙拉參加，卻被抓去掃外掛玩家。秋穗也寄信向美紗希報告鋼製作一號即將完成。到了正式啟動的日子，在聚集而來的眾多觀眾的面前，終於要開始測試鋼製作一號了‧‧‧

在宇宙之丘公園玩遊戲時，海翔的身邊落下了磁單極。機器人社再次受到JAXA的邀約，執著於鋼製作1號的秋穗與希望製造新機器人的昴再次對立，連想找博士商量鋼製作2號也吃了閉門羹。秋穗雖然失望，卻也因此回到原點，找回想製作機器人的初衷。

海翔和芙拉一起持續調查君島報告。一面持續達成彷佛整人般的指標旗條件，一面掃除外掛玩家。但掃外掛的過程中系統卻感染了病毒。在此同時，東京爆發了動力服失控的事故。秋穗通知海翔傳說中的鋼巴雷爾最後一集有畫面流出，最後一集的內容十分驚人‧‧‧

海翔想找出美紗希和君島皓之間的關聯，持續尋找君島報告。此時他們得知博士病倒了。淳和前往探病，卻被拒絕。博士決定關掉機器人診所，淳和也要退出機器人社。秋穗決定要將機器人診所中塵封的舊機器人全部修復，讓博士打起精神。

在博士及JAXA的協助下，鋼製作2號的進度十分順利。芙拉在調查流出的鋼巴雷爾最後一集的影像時，從截取出的影像中找到母親留下的訊息。君島報告的真實性愈來愈高，海翔急著想要完成所有的隱藏條件，這時傳來關東地區受到太陽風報襲擊的新聞畫面‧‧‧。

因為太陽風暴的影響，東京陷入大停電。在混亂中，管理系統被入侵的機器人們失去控制開始暴走。芙拉也因為推波被入侵所留下的假留言，被警方懷疑是機器人事件的主謀。海翔發現要阻止這件事，只能使用基爾巴萊戰勝對手‧‧‧。

太陽風暴襲卷以來，「居爾夫。」頻頻出現問題，官方決定在12月24日進行大規模維護。愛理很有可能會被當成BUG刪除。一旦愛理消失後，也不可能繼續找君島報告了。但愛理本身好像還不知道這件事‧‧‧此時海翔在愛理的帶領下，來到了一個地方。

鋼製作2號終於完成來到了測試階段。但種子島JAXA卻決定睽違五年要再次發射火箭，原本借給機器人社的場地必須回收。機器人社於是將鋼製作2號移至機棚進行測試‧‧‧另外，海翔獨自尋找最後的君島報告，在門倉岬發現了報告No.7。此時瑞榎突然出現在他眼前‧‧‧

帶著鋼製作2號一同來到東京萬博的秋穗和海翔得知美紗希也會來到會場，秋穗想到能夠讓許久不見的姊姊看到完成的鋼製作2號就十分興奮，海翔卻對此感到不安。萬博終於開始了，然而以鋼巴雷爾為原型的鋼製作2號卻被批評，受到眾人唾棄。

美紗希操控SUMERAGI開始破壞萬博會場。秋穗為了阻止姊姊啟動了鋼製作2號。此時居爾夫。上正播放著因大規模的太陽風暴到達東京導致萬博會場沉入水中、並且全世界都引發停電的影像。海翔從澤田口中聽到銀蓮花號事件的真相、以及君島皓真正的目的，也得知出現在萬博會場的美紗希只是AR虛擬的影像。

為了想要向美紗希確認真相，秋穗和海翔前往調布機場準備回種子島。然而在機場等著他們的是被君島皓控制的愛理。君島皓入侵美紗希的意識操控她的行動。得知這點的秋穗，向君島皓確認姊姊是否還喜歡機器人。充彥將此景傳送到網路直播，在種子島上，已經解散的機器人社社員們再次集合。

機器人社員和藤田、種子島居民們在機棚著手進行鋼製作1號的改造工程。同時，海翔則是為了研究澤田交付的肉眼可見AR的電磁波照射裝置，前往與君島皓關係匪淺的舊鄉土館。海翔按下裝置按鈕後引發了慢速。而遵從君島皓的命令的GEZI姐也出現在他們面前‧‧‧

決戰時刻終於來臨。海翔操控的超級鋼製作1號來到美紗希等人佔領的JAXA火箭發射場。帶著眾人的思緒與期盼，尤其是秋穗對姊姊的思念，美紗希能不能夠感受到呢‧‧‧‧‧‧