鴨川で、まどか、ラン、ムギナミが別れて数ヵ月後。レ・ガリテの王女に戻ったランは、兄のディセルマインが進める秘密の実験に参加していた。その実験施設を襲うのは、デ・メトリオのオービッド部隊！ その中には、ムギナミの乗るウォクス・イグニスの姿もあった…。一方、再び夏を迎えた鴨川。高校3年生に進級したまどかだは、いまだ自分の進路を決められず、ジャージ部の同志、ランとムギナミと離れて暮らす日々に寂しさを感じていた。そんなある朝、何の前触れもなくランが鴨川の浜辺に現れた。再会を喜ぶまどかに、ランは真剣な表情で「もう一度アウラに乗って欲しい」と告げるが…。

突如として動き出したウォクス・アウラに乗って、飛び出すまどか。「友達と戦いたくない！」というランとムギナミの心の声をはっきりと聞いたまどかは、二人の間に割って入り、戦いを止めようとするが、ウォクス・イグニスを攻撃しようとするレ・ガリテ駐留軍の介入によって、再び三人は離ればなれになってしまう。ランとムギナミの行方を探すまどかは、ヴィラジュリオに連絡をとろうとする。二人が鴨川から出ていないことを確信したまどかは、思い出いっぱいのジャージ部の部室へと向かう。そこには、激しく言い争うランとムギナミがいた。自分を守るために争う二人にまどかのとった行動とは？ 今、ジャージ部の絆が試されようとしている！

本格的に夏！ B.W.Hでは、ランとムギナミも元気に店を手伝っている。しかし、実はランもムギナミもディセルマインとヴィラジュリオのことを気にしていた。まどかは、二人の役に立つなら一肌も二肌も脱ぐ、と力強く宣言する。そんな折、アステリア会長代理は、ディセルマインがランに施していた実験をまどかにも試すと提案する。ウォクスを軍事目的ではなく平和利用に使えると証明してしまえば、レ・ガリテもデ・メトリオも手出しできなくなるというのだ。鴨川上空で実験がスタート。まどかとウォクス・アウラはこれといった反応を示さなかったが、アステリアがまどかの羞恥心を刺激すると、ウォクス粒子の数値が跳ね上がった！

まどかは、実験中に出会った少女のことに思いをめぐらせていた。そのかたわらのランは、兄のディセルマインに地球への亡命を許してもらえないのでは、と浮かない顔。ムギナミは、意気消沈したランを元気づける。そんな彼女たちの思いとは関係なく、レ・ガリテとデ・メトリオ、両国家首脳会談の日がやってきた。側近たちを連れて、ファロスに降り立つディセルマインとヴィラジュリオだったが、アステリア会長の策略によってエレベーターに二人きりにされてしまう。二人の本心を掴もうと会話をモニターするアステリアたちは、ディセルマインがまどかの存在を重要視しているらしいことを知る。その時、正体不明のオービッドが鴨川沖に出現して…。

ユリカノに会いたい一心で、ディセルマインの戦艦に乗り込んだまどかたち。てっきり地球に送り返されるのかと思いきや、まどかとムギナミにはパーティドレスが渡され、ディセルマインは豪華な晩餐会を開いて歓迎してくれた。ランの友達になってくれたことを感謝するディセルマインに対し、まどかは「ユリカノさんに会わせてもらえませんか？」と単刀直入に切り出す。ディセルマインは、ミリティア・ゾデアの惨劇から奇跡的にユリカノを救い出したものの、彼女は過去の記憶を忘れ、別人のようになっていると語る。そして秘密にしていたことを素直に謝罪するのだった。そんなディセルマインの紳士的な態度をすっかり気に入ったまどかだったが…。

ディセルマインとモイドの実験によって、戦艦には大異変が起きてしまい、艦内はパニック状態に！ 実験台にされたまどかとユリカノにも、思いもよらないアクシデントが起きていた。そんな事情も知らず、ムギナミはまどかを連れ出す。そして、ユリカノもディセルマインの命令で脱出ポッドに乗せられてしまう。戦艦の周囲では、ユリカノを取り返そうとするイゾたちのオービッドが、レ・ガリテ軍と戦いはじめた。大乱戦の中、意志を持ったかのようにランを救い出すウォクス・リンファ、ムギナミのもとへ駆けつけるウォクス・イグニス。しかし、ウォクス・アウラだけはまどかの身に起きた異変を察知し、その場から去ってしまい…。

ユリカノ消滅という事態に茫然となるディセルマインとヴィラジュリオに鴨川ダイナマイト・ボンバーをぶっ飛ばすまどか。ユリカノの想いを知り、心を打たれたディセルマインとヴィラジュリオは、ポリへドロンのために歩むことを誓い、国際会議でレ・ガリテとデ・メトリオが友好関係を築くことを宣伝する。会議の後、まどかの強引な後押しもあって、妹のランに初めて「すまなかった」と優しい言葉をかけるディセルマインに感激したランは涙を浮かべてしまう。ムギナミもヴィラジュリオから「俺は死ぬまで、お前のお兄ちゃんだ」と言われ、喜びをかみしめる。そして、まどか、ラン、ムギナミは“誓いの丘”へと向かい…。

ここのところ、背後から誰かの視線を感じているまどか。ランやムギナミも、同じように「誰かに狙われている」と感じていた。3人を物陰から見ていたのは、一年生の三木れい子。れい子はまどかの手をつかんで、「私をジャージ部に入れてください！」と熱烈にアピールする。予想もしない展開に呆然としてしまうまどか。しかし、学校から部活動と認められず、廃部寸前だったジャージ部にとっては渡りに船。4人そろえば、正式な部活として承認してもらえるかも知れない！ さっそくジャージ部活動に張り切るまどか、ラン、ムギナミ、そして、れい子。ところが、れい子がジャージ部に入った動機を聞いて、まどかたちは困惑してしまう…。

2学期が終わったというのに、いまだ自分の進路を決められないでいるまどか。周囲の心配をよそに、まどかの頭の中はクリスマスに宇宙へ帰ることになったキリウスとアレイの送迎パーティのことでいっぱいだ。一方、アステリアはファロスで緊急会議を開いていた。モイドが行方不明になり、レ・ガリテにも帰っていないことが分かったからだ。そして、アステリアは初めて自分の正体をファロスのクルーたちに明かす…。田所たちは驚きこそしたが、一致団結してモイドの行方を探し始めるのだった。キリウスたちの送迎パーティが近づくが、その準備中、まどかは風邪で倒れてしまった。まどかを看病するランとムギナミは、それぞれの将来を語り合う…。

突然、ポリヘドロン全体に攻撃を始めたディセルマイン。彼の本意を確かめるために出撃したヴィラジュリオをディセルマインは新型オービッドで迎え撃つ。ファロスでもレ・ガリテが総攻撃を始めた理由がわからず、誰もが不安そうにしていた。ランとムギナミは、故郷のポリヘドロンがどうなってしまうのか、いてもたってもいられない。ウォクスで戦場へ向かおうとした2人を待っていたのは、まどかだった。一度は「もうウォクスでは戦わない」と誓いあったまどかたち。その誓いを破るなら、3人一緒でなければダメ、とまどかはランとムギナミに呼びかける。ウォクスで出撃したまどかたちは、ディセルマインとヴィラジュリオの戦いに割って入り…。

地球全体を覆う天変地異はおさまらず、地球軌道上のレ・ガリテ、デ・メトリオの艦隊も混乱したままだった。誰もがあきらめかけた中でようこは、いまだ輪廻の向こうから帰ってこないまどかのことを信じつづけていた。果たして、ジャージ部の3人は戻ってこられるのだろうか？ 戦いを終えたまどか、ラン、ムギナミは、輪廻の海辺である人物と再会する。それは、傷ついたディセルマインを抱きかかえたユリカノだった。ユリカノは、ディセルマインの心を変えさせたのは、まどかたち3人の想いだという。一緒に戻ろうというまどかに、ユリカノは、罪の意識から輪廻の世界にディセルマインと残るというが…。