東京都千代田区にある伝統校「国立音ノ木坂学院」。ここに通う高校2年の高坂穂乃果は、学校が3年後には廃校になることを知る。廃校を免れるには入学希望者を増やすしかない。そう考えた彼女は親友の南ことりや園田海未と学校の長所を探すが、これといってアピールできるような特徴はなかった。翌朝、穂乃果は人気校のUTX学院を偵察に行き、そこで見たスクールアイドルの姿に衝撃を受ける。そして彼女は学校を救う秘策を思い付くが——。

ついに廃校決定！？だがそれは、二週間後のオープンキャンパスの評判次第とのこと。祖母の母校でもある音ノ木坂学院を守るため、オープンキャンパスを成功させる方法を模索する絵里。一方、穂乃果たちもオープンキャンパスに向けて練習を始めるが、絵里の実力を知った海未は、自分たちのダンスのレベルについて思い悩む。そこで海未はこれまでの経緯を穂乃果たちに話し、絵里にダンスを教えてもらうことを提案するが……。

ことりの悩みに気付けなかった自分を責め、スクールアイドル引退を決意した穂乃果。それを受けてμ'sは活動を休止し、目的を失った穂乃果は海未ともすれ違ってしまう。そんな中、スクールアイドルを続けようと練習に励むにこに素っ気無いながらも励まされ、絵里からは思いもよらぬ告白をされた穂乃果はある決心をする。翌朝、呼び出しに応じて講堂にやってきた海未に、穂乃果は素直な思いを伝える。それを聞いた海未は――。

「ラブライブ！」に向けて再び走り始めたμ's。そんな矢先、地区予選で歌えるのは未発表の曲に限る、という新しいルールが発表された。そこで、一ヵ月足らずという短い期間で新曲を完成させるべく、9人は山へ合宿に行くことに！宿泊先はもちろん真姫の別荘だ。いつものようにことりが衣装、海未が作詞、真姫が作曲を進めようとするが、3人は地区予選突破のプレッシャーからスランプに陥ってしまい……。

ついに「ラブライブ！」の地区予選が目前に迫ってきた。パフォーマンスをする場所は自由に決められるため、穂乃果は学校にステージを作ろうと提案するが、にこと花陽は、もっとインパクトのあるものにしなければ勝ち抜けないと一蹴する。しかし、学校周辺にはそれに見合う場所がなかなか見つからない。そんな中、穂乃果たちはUTX高校の巨大なモニターに映るA-RISEの堂々とした姿を見て身が引き締まる。そのとき目の前に、本物のA-RISEが現れて――！

最終予選の当日、学校説明会で生徒会からの挨拶をしてから会場へ向かおうとしていた穂乃果たち2年生だったが、雪の影響で交通機関が麻痺し、移動手段を失ってしまう。とにかく会場へ向かおうと3人は雪の中を歩きだすが――。その頃、先に会場に到着したメンバーは、ステージの大きさに圧倒されていた。さらにA-RISEからは勝利宣言され、不安を募らせる6人。果たして穂乃果たちは間に合うのか？そして最終予選の行方は――！？

今日は卒業式。やっと送辞を作り終えた穂乃果は、意気揚々と学校へ向かう。校門前で出会った凛たちとやってきた部室には、トロフィーと旗が。そう、μ'sは見事に優勝を果たしたのだ。卒業式の準備も終わり、ついに本番。穂乃果は、こういうのは苦手だからと、真姫の伴奏で歌を歌い始める。それはいつしか全校生徒による大合唱になっていた。そうして卒業式を終え、9人は最後に一緒に校舎を見て回ることになり――。