西曆 2014 年，地球與火星的戰爭 15 年後。雖然承受著身為教師的斯雷因·特洛耶特和駐紮地火星騎士庫魯特歐的擔憂，火星公主艾瑟依拉姆·薇瑟·艾莉歐斯亞公主依然帶著和平的願望進行訪問地球的親善活動。另一方面地球的少年界塚伊奈帆和姐姐同學一起過著戰後的平凡生活。學習操縱名為 SLEIPNIR 的鐵甲騎士。然而火星公主的和平的願望被無情的粉碎了：潛伏於地球的火星間諜利用導彈擊殺了公主的替身。軌道騎士終於有了可以入侵地球的藉口，不等火星皇帝的命令，超過一半的火星騎士的揚陸城開始下降地球。戰爭爆發了。

降落在地球上（新奧爾良、北京、莫桑比克、東京）的揚陸城利用導彈壓制了地球通信光纜和通信衛星的同時，火星的鐵甲騎兵的攻擊也同時展開。開始反抗的地球聯合軍鐵甲騎兵在擁有 aldnoah 引擎的火星鐵甲騎兵面前不堪一擊。另一方面，前往避難的伊奈帆遇見了不可思議的少女（實為火星艾瑟依拉姆公主利用光學迷彩變身）。此時，庫魯特歐的楊陸城中的托爾蘭前往新蘆原市進行暗中滅口（消滅潛伏的火星間諜）的計劃。然而由於界塚雪和鞠戶孝一郎的活躍沒有達成目標，火星間諜的女兒萊艾・阿里亞修被界塚雪救下，送入伊奈帆所在的運輸車內。由於托爾蘭的攻擊界塚雪的機體損傷嚴重倒在運輸車上，其後伊奈帆的同學箕國起助為了營救機體中的界塚雪而被托爾蘭所殺。但是運輸車最後還是逃入隧道暫時躲過一劫。伊奈帆決定和同學一起反擊火星機甲。

守候與隧道出口的托爾蘭與事件的主謀扎茲巴魯姆聯絡後被命令看守住隧道可能的出口，之後將用隕石轟炸直接掃平藏身處達到滅口的目的。另一方面由於鞠戶孝一郎的堅持，達爾扎娜・馬克芭蕾吉艦長留下了一艘氣墊運輸船與他一起前往北新蘆原市營救被困的他的學生們。日出時分，伊奈帆與同行的網文韻子、加姆・格拉弗特曼（兩人駕駛教學用鐵甲騎士 SLEIPNIR）、萊艾・阿里亞修（駕駛運輸車負責引誘火星鐵甲騎士）、艾瑟依拉姆（變身狀態，負責在運輸車上發射煙霧輔助）開始作戰，界塚雪則率領剩下的難民開始避難，途中正好遇見前來營救的鞠戶孝一郎。伊奈帆等人利用 NILOKERAS 的弱點製造煙霧阻斷了它的視野，雖然受到斯雷因駕駛的火星運輸機的干擾但是最終仍然成功使得運輸車按時到達橋上的預定作戰地點。其後為了拖延時間，艾瑟依拉姆公主在 NILOKERAS 前現出真身，成功動搖了托爾蘭。此時韻子的機甲成功將 NILOKERAS 附近的橋體破壞令其墜入水中，加姆操縱小型無人機攝像找到了 NILOKERAS 背後沒有覆蓋屏障的一點。最終 NILOKERAS 被伊奈帆擊中這一點停機。此時發現艾瑟依拉姆公主真身的有伊奈帆、斯雷因和托爾蘭。但是托爾蘭由於聲稱要殺了公主被斯雷因用槍擊殺。

與鞠戶孝一郎等回合了的伊奈帆五人一起搭乘運輸艇離開了新蘆原市，驚險的躲開了隨之而來的隕石轟炸。前往港口的途中在船上界塚雪經過耶賀賴蒼真醫生的幫助以機械臂輔助恢復了左臂機能。而艾瑟依拉姆公主也在船艙中與伊奈帆和萊艾做了正式的自我介紹並表示希望和皇帝取得聯絡。到達港口後的一行人受到了另一個火星鐵甲騎士 ARGYRE 的襲擊。戰鬥中 ARGYRE 頭部受到落下的集裝箱的撞擊被破壞，機體也在隨後趕來增援的見咲薰的戰艦上的艦炮和鐵甲騎士的穿甲彈火力壓制下被迫撤退。

初時收到回報的火星皇帝要求諸侯停戰並徹底調查公主遇刺一事，並受到庫魯特歐的反對。斯雷因利用他離開謁見室的空隙偷偷進入謁見室面見皇帝陛下，陳述親眼所見公主殿下未死希望停戰並救出公主，被皇帝應付過去。由於扎茲巴魯姆比斯雷因先一步相皇帝陛下進言，導致皇帝陛下並沒有相信斯雷因的說明，並最終發表宣戰聲明，正式相地球宣戰討還血債。另一方面，伊奈帆所在的航母受到 ARGYRE 的襲擊（為了復仇），在擊毀了大量集體後伊奈帆的裝備爆破反映裝甲的練習機最終上場，並利用裝甲被砍中爆炸的衝擊波吹散 ARGYRE 的等離子體劍，順勢架住手臂後配合傾斜的船身把 ARGYRE 拖入水中利用水蒸氣爆炸擊毀。伊奈帆利用逃生艙逃出並被萊艾尋獲所救。

面對正式發布宣戰的火星帝國，伊奈帆所在船上的適齡青年均被徵召入伍。伊奈帆和韻子為駕駛員，加姆為整備員。之後前往種子島（理由是這裡已經在上次大戰後廢棄，應該沒有火星所求之物所以是一個較安全的中轉補給站）。與此同時，由於偷偷進入謁見室斯雷因正被庫魯特歐追殺，但是了解內幕的紮茲巴魯姆要求庫魯特歐留下活口。最後斯雷因駕駛運輸機逃離庫魯特歐的揚陸城前往尋找公主。此時在即將到達種子島的船上，鞠戶孝一郎心中懷念當年戰死的戰友休姆雷。並被艦長告知了一個驚人的事實，艦長就是休姆雷的妹妹，她認為就是鞠戶孝一郎當年害死了哥哥。就在鞠戶孝一郎震驚的時候，船艦受到了位於種子島的另一個火星騎士費米安的機體 HELLAS 的進攻。 HELLAS 利用可分離的手臂進攻，當實施最後一擊的時候，被伊奈帆利用破甲彈爆炸的衝擊改變軌道，使 3 個手臂偏離命中軌道。但是最後一個手臂因為是垂直落下難以從下方射擊使其偏轉，就在伊奈帆射空子彈無能為力時，手臂被斯雷因所駕駛的運輸機的機砲擊中偏離命中軌道。

上一集中斯雷因的及時援助使得航母沒有被擊毀。伊奈帆等人和斯雷因互相支援，無意間打通了一個島嶼的隱藏港口。在伊奈帆等人掩護下航母駛入港口，並封閉了入口，而伊奈帆則留在外邊牽制火星騎士。伊奈帆覺得登上斯雷因的運輸機，進行更加靈活的戰鬥。通過戰鬥發現，火星騎士機體 HELLAS 分離出的手臂在變形時會變得可破壞，通過此法依次破壞手臂。此時處於島嶼內的人們在絕望之時發現了 15 年前種子島之戰中的火星機體和另一樣能扭轉戰局的東西。島嶼外伊奈帆和斯雷因合作將 HELLAS 的手臂全部破壞，惱羞成怒的費米安發動機體能力將機體本身變作一個大型飛行道具進行攻擊。就在即將被擊敗時一艘由艾瑟依拉姆公主火星戰艦從島嶼中飛出將 HELLAS 擊敗。斯雷因發現公主果然還活著，向伊奈帆請求參見公主，伊奈帆難以確定斯雷因是否也是暗殺分子拒絕了他，並擊毀了運輸機。

艾瑟依拉姆公主向馬克芭蕾吉艦長等人坦白了自己火星公主的身份，並且運用自己 Aldnoah 的能力幫助他們駕馭了名為“DEUCALION（丟卡利翁）”的火星戰艦。而斯雷因則被庫魯特歐伯爵抓住，並施以電擊和鞭刑，拷問他前往種子島的目的，斯雷因沒有說任何信息，而是反問伯爵對公主的忠心，在斯雷因昏迷前，庫魯特歐伯爵得知了公主還活著而且托爾蘭被斯雷因所殺的消息，在庫魯特歐讚賞斯雷因忠心，並且發誓要找到殘害公主的兇手之際，扎茲巴魯姆伯爵來到庫魯特歐伯爵的揚陸城，並將揚陸城摧毀，在庫魯特歐伯爵明白他是加害公主的叛徒時，被扎茲巴魯姆殺害，隨後扎茲巴魯姆將昏迷的斯雷因帶走。

扎茲巴魯姆伯爵承認他是真正謀劃暗殺艾瑟依拉姆公主殿下的反叛者，以及告訴斯雷因他的父親對他有恩情，曾救過他的命，因此擁有義務回報其恩情。界塚雪在韻子等人的機體練習上說出了自己對弟弟伊奈帆的戀愛的看法，說伊奈帆人和艾瑟依拉姆專心的講話是他這個木頭愛慕一個人的最大表現，此時韻子表現出了吃醋。其後火星人萊艾・阿里亞修對艾瑟依拉姆不顧危險也要暴露身份提出疑問，並說原來以為她們都是同伴。鞠戶大尉在醫生的治療下回憶起了十五年前的噩夢。飯桌上斯雷因詢問扎茲巴魯姆伯爵，他說出了自己殺害公主並發動戰爭的原因是向皇族復仇。在澡堂裡萊艾試圖殺死艾瑟依拉姆公主，因為公主的倒下丟卡利翁也失去了能源動力，大家只好被迫降陸。

向伊奈帆道謝並分別的論壇。另一方面，斯萊恩也知道了薩圖姆伯爵的真意。給達爾扎那艦長，遞交鞠戶的病歷的耶賀賴。各自的感情開始動起來。

開始襲擊的薩圖姆伯爵。在寒冷地區迎擊的聯合軍。伊奈帆他們為了反擊採取了作戰。在激戰中，一個人奔跑的斯雷終於到達了杜卡利昂。

西曆2016年，阿塞拉姆公主被暗殺事件約1年半後。斯萊恩出生在地球上，卻取得了火星騎士的地位，率領著專屬部下，參加了與地球軍的戰鬥。另一方面，為了前往新的戰場，修理完畢的迪卡里昂。在那裡陸續續，以前的隊員們回來了。

降落在地球上的火星騎士的登陸城，為了侵略地球，開始使用隱形眼鏡進行攻擊。地球聯合軍開始反擊。一方面激烈的戰鬥被展開，伊奈帆遇到不可思議的少女。

集結在馬里尼羅斯島的火星騎士們。斯萊恩也打算參加戰鬥,不過，從應該作為朋友的火星騎士們，被蔑視作為地球出生的事。另一方面，在三叉戟基地為決戰做準備的杜卡利昂的克魯一行。知道斯萊恩驅趕的塔爾西斯的存在，警戒那個能力。

與界塚雪一起關於任務的鞠戶大尉的原來，新的作戰的命令下。擔心與dukarion被另外的部隊分配了的yuki的立場的耶賀賴。另一方面，對地球上誕生的斯萊恩的抬頭持有反感的火星騎士們，為了得到更大的力量計略更進一步的地球侵略。

對蘇萊的行動感到焦急的馬里爾尚伯爵，與巴魯克魯斯伯爵一起謀求新的策略。另一方面，在火星騎士面前失去冷靜的raie和推測那個真意的伊奈帆。那時，斯萊恩在伊德利索講鳥的故事。

對意外的事態躊躇的雷姆麗娜公主,不過，說反過來利用那個的surin。可是那個胸口，逐漸被逼迫。另一方面，與強敵作戰的地球聯合軍的中隊合流的dukarion隊。在最前線伊奈帆從片假名上下來。

在阿塞拉姆公主的新宣言下，志向新集結的火星騎士們。斯萊恩還將執行包括牽制反目勢力的新作戰。另一方面，被聯合軍上層部召喚的馬格巴雷奇艦長，悟出對杜卡利昂的評價。並且，被命令新的作戰。

被火星騎士的進擊玩弄的地球聯合軍。伊奈帆和迪卡里昂也參戰,不過，被意外的攻擊強迫苦戰。另一方面，斯萊恩對伊德利索說出了內心的想法。火星騎士向阿塞拉姆公主殿下祈求謁見，另有爭論。

根據來自地球聯合軍總司令部的命令，參加強襲作戰的dukarion的kuru。為了和火星騎士作戰而推敲作戰。另一方面，斯萊恩重新立志，為了擴張勢力而推進地上的侵略。但是，有人懷疑他的本意。

對dukarion新的命令下,不過，Magbareji艦長發現了在那個背面活動的作戰。伊奈帆為了保護阿塞拉姆公主開始行動。另一方面，斯萊恩向雷姆莉娜公主說明了那個想法。不知道事態正在發生變化——。

決定最終決戰的伊奈帆和杜卡利昂的庫魯一行。馬格巴雷奇艦長與黑金中將對立，參加危險的作戰。另一方面，斯萊因也為了解決決定全軍的投入。得到幫助的阿塞拉姆公主，決定面對自己的命運。

戰局面臨最終決戰。得到理解的斯萊恩，決定了自己的命運的覺悟。另一方面，伊奈帆也回應了命運。在無數光芒四散消失的戰場上流淚的人。一個人的少女看了二人戰鬥的最後的瞬間——。