Die ferne Zukunft. Menschen leben in riesigen mobilen Städten, den Plantations. Stets der Bedrohung der "Kyoryuu" ausgesetzt. Ihre einzige Verteidigung gegen diese: Riesige Roboter namens FRANXX, die nur von einem Jungen/Mädchen-Pärchen gesteuert werden können.

Hiro kann sich nicht mehr an den Kampf gegen den Kyoryuu erinnern. Als Eignungstest soll er mit einem echten FRANXX einen Schaukampf bestreiten. Es ist an der Zeit für ihn zu beweisen, dass er in der Lage ist, einen FRANXX zu steuern.

Nach dem verpatzten Schaukampf steht Hiros Aufnahme als Parasite auf der Kippe. Da bekommen die Plantation 13 Parasites auch schon ihre erste echte Mission. Diese ist allerdings nicht so einfach, wie es anfangs scheint.

Trotz Mitsurus Zustand nach seinem Einsatz in Strelizia an Zero Twos Seite ist Hiro fest entschlossen, mit Zero Two in die Schlacht zu fliegen. Da hat er allerdings die Rechnung ohne Papa und die anderen Befehlshaber gemacht, die Zero Two und Strelizia zurück an die Front ordern. Derweil taucht ein neuer Kyoryuu auf, mit dem Ichigo und die Truppe nun alleine fertig werden muss.

Beim Kissing der Plantations 26 und 13 begegnen die Kinder von Trupp 13 zum ersten Mal anderen FRANXX-Piloten. Als der Magmatreibstoff-Transfer zwischen den beiden Städten wie erwartet Kyoryuu anlockt, soll Strelizia erneut zum Einsatz kommen. Doch sowohl die Kinder von Trupp 26 sowie einige aus Trupp 13 haben ihre Bedenken, was diesen Plan angeht.

Nur noch wenige Stunden bis eine große Herde Kyoryuu die beiden Städte erreicht. Das Kommando vor Ort über die Mission hat Truppe 26 und sie beeindrucken sofort mit ihrem Teamplay. Doch die Schlacht läuft wie gewohnt nicht ganz so wie geplant, also sind Hiro und Zero Two gefragt, die mit Strelizia eingreifen müssen.

Nach der großen Schlacht wird den FRANXX-Piloten ein freier Tag gewährt. Doch das ist nicht das Einzige, was der Sieg über die Massen an Kyoryuu änderte. Hiro ist nämlich nun ein offiziell anerkannter Parasite und Teil von Truppe 13. Weswegen Zero Two ebenfalls als Hiros Partnerin zugeteilt wird.

Nach einer Frechheit der Jungs haben die Mädchen keinen Bock mehr auf sie. Die Unterkunft wird in zwei Seiten geteilt, doch schnell wird klar, dass die Mädchen dadurch auch nicht besonders glücklich werden. Während im Trupp 13 Zoff herrscht, stellt sich die Frage, ob sie sich vor dem nächsten Kyoryuu-Angriff wieder zusammenraufen.

Einmal im Jahr fiebern unsere FRANXX-Piloten einem freudigen Tag entgegen: Jeder von ihnen darf sich ein Geschenk von Papa wünschen. Doch die Idylle hält nicht lange an, denn ein Kyoryuu mit Kollisionskurs auf die Plantation wurde geortet. Bei der Mission, diesen abzufangen, gerät Truppe 13 in arge Bedrängnis und Gorou stellt einmal mehr seinen Heldenmut unter Beweis.

Zur Belohnung für ihren Einsatz im Kampf wird den Mitgliedern von Truppe 13 ein Orden verliehen. Damit geht zudem Zoromes sehnlichster Wunsch in Erfüllung: Sie dürfen die Stadt betreten. Doch die Zeremonie ist nicht ganz, was sie sich vorgestellt haben und auf dem Rückweg wird Zorome von den anderen getrennt.

Trupp 13 erzielt mehr und mehr Erfolge und die Teammitglieder steigern ihre Leistung zusehend. Einzig Mitsuru und Ikuno können mit den anderen nicht mithalten und ihre Werte verschlechtern sich immer weiter. Als Abhilfe wird ihnen ein Partnertausch vorgeschlagen. Auch wenn längst nicht alle von dieser Idee begeistert sind, bilden sich dadurch mehrere neue Partnerschaften - mal mehr, manchmal weniger erfolgreich.

Im Rahmen einer Untersuchung kehrt das Team zurück in die Nähe von Garden, wo sie einst aufgewachsen waren. Doch scheint es noch einiges zu geben, was ihnen nicht gesagt wurde. Und auch Zero Two legt ein immer eigensinnigeres Verhalten an den Tag …

Während sich in Strelizia dramatische Szenen abspielen, erinnern sich Zero Two und Hiro an die Zeit zurück, die sie in Garden verbracht haben. Als ein als Code 016 bekannter Junge all seinen Freunden Namen gab und er zum ersten Mal einem jungen Mädchen begegnete, dem er Jahre später erneut über den Weg laufen sollte. Sowie an einen gewagten Ausbruch und ein Bilderbuch, das sie auf der folgenden Flucht begleitete.

Nach dem Desaster auf dem Schlachtfeld reißt Ichigo einen nicht ansprechbaren Hiro aus Strelizias Cockpit. In kritischem Zustand wird er in eine medizinische Einrichtung verfrachtet. Während er sich erholt, steht eine gewaltige Mission bevor. Eine, die Zero Two jedoch nicht mehr in Trupp 13 bestreiten wird, in dem sie keine Freunde mehr hat.

Trupp 13 steht vor der alles entscheidenden Schlacht um die Gran Crevasse. Doch dort stehen sie einer Übermacht an Gegnern gegenüber, denen scheinbar nur mit verzweifelten Methoden beizukommen ist. Hiro kann währenddessen nur tatenlos zuschauen, wie seine Kameraden mehr und mehr in Bedrängnis geraten.

Die große Schlacht um die Gran Crevasse ist vorbei, doch eines der Opfer dieser war die Heimat unseres Trupps 13: Plantation 13. Deswegen sind die Kinder neuerdings in Mistilteinn untergebracht. Allerdings ist auch dieses ganz schön lädiert. Zu allem Übel sind die Helfer, die sie gewohnt sind, weit und breit nirgends zu finden. Und so müssen sich die Kinder langsam aber sicher damit abfinden, dass sie möglicherweise auf sich allein gestellt sind.

Die Kinder beginnen, sich an ihr neues Leben zu gewöhnen, machen sich aber große Sorgen, dass Papa sie aufgegeben hat. Umso mehr staunen sie, als die Nines vor der Türe stehen und ihnen erklären, dass Papa sie keineswegs aufgegeben hat. Während der Zeit, in der sie Papas Griff entzogen waren, haben sich allerdings einige Dinge entwickelt, die ihm nicht gefallen werden.

Mistilteinn wird langsam aber sicher unbewohnbar und die Kinder erhalten Befehle, sich jederzeit bereitzuhalten, es zu verlassen. Die Kinder kommen auf die Idee, bevor es so weit ist, eine besondere Zeremonie abzuhalten, die ihnen für immer im Gedächtnis bleiben und Kokoro und Mitsuru für immer an einander binden soll.

Kurz vor dem großen Finale erfahren wir, wie es überhaupt dazu kam, dass die Menschheit in gewaltigen "Plantations" hausen. Alles begann mit einem Wissenschaftler ohne Skrupel namens namens Werner Franks, der vor nichts zurückschreckt, um die Menschheit weiterzuentwickeln und die größten Geheimnisse unserer Spezies und unseres Planeten zu lüften.

Der große Angriff der Menschheit beginnt, der die Kyoryuu endgültig auslöschen soll. Dafür soll Strelizia die Kontrolle über Star Entitiy übernehmen, die mächtigste Waffe des Feindes. Doch die Kyoryuu-Prinzessin schreitet auch ans Werk …

Der wahre Feind der Bewohner der Erde hat sich offenbart und sein Name ist VIRM. Während Trupp 13 und die Nines immer noch auf dem Schlachtfeld gegen die Kyoryuu kämpfen, entscheidet sich das Schicksal der Welt in Star Entity, einer aus Kyoryuu geschaffenen Superwaffe. Wird es Hiro und der Kyoryuu-Prinzessin gelingen, die verheerende Explosion Star Entitys zu verhindern, oder ist die Welt dem Untergang geweiht?

Während die Schlacht der Kyoryuu gegen die VIRM, die sich in den Weltraum verlagert hat, über ihnen tobt, kämpfen die Kinder auf der Erdoberfläche um ihr Überleben. Doch es wird immer klarer, dass sie ohne Hilfe über einen längeren Zeitraum nicht lebensfähig sein werden. Nicht nur fehlt ihnen das Know-How zur Wartung technischer Anlagen, auch ihren physischen Zerfall können sie ohne Wartungsarbeiten nicht aufhalten.

Trupp 13 macht sich auf den Weg ins All, um zu Zero Two zu gelangen, die nach wie vor in Strelizia Apath mit den Kyoryuu gegen die VIRM kämpft. Derweil bleiben Kokoro und Mitsuru auf der Erde zurück, wo sie ihren ganz eigenen Kampf zu führen haben. Im All sehen sich die Kinder mit einer übermächtigen VIRM-Armada konfrontiert. Wird es Hiro gelingen, sich zu Zero Two durchzukämpfen?

Hiro und Zero Two nähern sich der Heimatwelt der VIRM, doch nach einiger Zeit zeigt Hiro erste Ermüdungserscheinungen. Es stellt sich die Frage, wie lange er als Mensch mit den Kyoryuu und Zero Two mithalten kann. Derweil geht das Leben auf der Erde weiter und während die Zeit verstreicht, gelingt es den Kindern nach und nach, sich ein Leben zu erarbeiten.