2014年，東京。平凡的高中生．夏目曉有天遇上交通事故。當他再度睜開眼睛時，已身處於2030年東京灣裡一個走私組織的船上，而且還變成只剩下大腦的狀態。就在曉陷入慌亂之際，他與警察上園美波、仿生人阿爾瑪一同遭受覬覦神秘武器『EX-ARM』的敵人襲擊，陷入空前危機！

曉在士牙幾近強迫之下不得不加入警視廳EX-ARM對策課，正當他感到困惑之際，都內接連發生自爆恐怖攻擊事件，於是他也跟著一同探究事件原因。調查爆破恐攻現場時，在附近遇到一個名叫小春的少女，沒想到小春竟也快要變成恐攻的犧牲品！曉於是與對策課成員們聯手一同搜查恐攻事件的幕後黑手。

包含曉在內的對策課一行人，為了回收流亡至日本的穆瓦濟共和國前總統傑森．莫蘭所持有的EX-ARM，前往位處經濟特區內的莫蘭宅邸。然而莫蘭的仿生人．艾爾米菈卻開著雙足戰車出現，使用應是EX-ARM性能的能力阻擋在它們眼前。面對艾爾米菈能使目標消失的攻擊，對策課毫無反擊之力，曉也不知該如何與她戰鬥，就在這時，士牙安排的追加裝備抵達了戰場。

曉連線上入谷重工所開發的戰鬥裝甲”巨魔”，儘管是第一次連線，他卻能自在地操作巨魔對控制著雙足戰車的艾爾米菈展開反擊。聽見艾爾米菈對他說「只有戰鬥才是我的存在意義」，令他回想起至今遺忘的記憶，在連接著巨魔的狀態下失控，展現令人驚訝的力量打倒了艾爾米菈和莫蘭。然而打倒了敵人曉卻仍舊處於失控狀態，美波和阿爾瑪便聯手一起讓他恢復自我。

與同班同學美波、轉學生阿爾瑪，以及其他對策課成員一起度過校園生活的青春校園劇——這裡是依照曉的意識所打造的虛擬空間。對策課成員們為了刺激曉恢復記憶潛入這個虛擬空間，卻在此遇上一個悄悄介入的人物『尤古』。曉在此與面對這個出現在他記憶中，過去曾造成東京毀滅、裝備著EX-ARM No.11、而且長得和自己如出一轍的Beta。他強烈地感受到，這個Beta正是所有災難的源頭。

自稱拍賣官的神秘人物舉辦了一場EX-ARM拍賣會。全世界的犯罪組織都為了尋求No.11聚集到了拍賣會會場所在的巨型浮島上。對策課的 曉一行人在政府要求下，負責護衛日本黑社會領導者『仁國社』並進行潛入調查，但仁國社立刻被捲入各個組織的大混戰之中。在戰鬥中失去的曉再度醒來時，眼前竟出現了那位拍賣官。

美波得知家人死亡的事件與仁國社有關，為了追尋真相，來找艾珥賈德。原來艾珥賈德也是被仁國社害死家人的受害者，正在尋求復仇的機會。美波站在保護仁國社的立場與艾珥賈德敵對，但他身邊卻有本應已經過世的弟弟蒼真，以及人工智能遭改寫的阿爾瑪助陣。另一方面，近藤和實體化的尤古也身陷戰鬥之中。在各地仍在混亂之時，周遭忽然出現『Beta』的擴音廣播。

對策課、艾珥賈德、軍火商人．阮、以及裝備著No.11的拍賣官等人，在挾持仁國社為人質的Beta的召集下來到體育館。在眾人各位為了 自己的目的而交戰的情勢下，曉侵入Beta的網路，並知道了Beta竟也跟自己一樣是EX-ARM No.00。救出仁國社一行人的曉再度回到體育館，但這時日本國防軍的多足戰車從天而降，為了連同對策課也一併抹消而展開了攻擊。

艾珥賈德本被復仇蒙蔽了雙眼，最後卻挺身保護美波而死。阿爾瑪雖然恢復原狀，但眾人卻放心不了多久。身為EX-ARM持有者且仍一心要復仇的蒼真、駭掉天照大軍的Beta都阻擋在眾人眼前，事態越發絕望。這時，眾人期待的巨魔終於即將抵達。曉在大家的幫助下獲得足以戰鬥的力量，為了守護珍視的人們，再次堅定了奮戰到底的決心。

雖然巨魔展現了驚人實力，但Beta也不停吞噬各種機械巨大化後與之抗衡。另一方面，阿爾瑪在和蒼真的戰鬥中，逐漸表現出超越仿生人應有的思考意志。就在這時，近藤等人趁勢帶著仁國社逃向島外。巨魔與Beta的戰鬥越演越烈之際，拍賣官表明自己其實是曉的哥哥，娓娓道來自己也牽扯其中的αとβ出現的原因。

只有直接攻擊腦核才能打倒不斷巨大化的Beta，使得巨魔陷入苦戰，在拍賣官的捨命作戰下終於鎖定腦核位置，成功地以No.11的力量打 倒Beta。正當曉與對策課成員們會合，為彼此都能活下來而感到開心時，新一波災難的起頭卻已逼到眼前。

曉好不容易終於打倒Beta生還歸隊，卻發現東京竟然碰到大規模的駭客入侵逐漸失控，於是和尤古的分身們一起潛入網路世界中尋找原因。然而他們在網路世界與敵人奮戰之際，駭客依然逐步侵蝕著全世界，最後連洲際彈道飛彈都被強制發射，地球陷入了滅亡的危機。眼見危機的到來，曉為了拯救他所重視的人類，下定了一個決心⋯⋯。