故事以只有女性能使用的世界最強兵器「InfiniteStratos（IS）」為中心，在女尊男卑的世界中，主角「織斑一夏」雖然身為男生卻能夠操縱IS，為此他被強制進入培育IS操縱者的學校「IS學園」，周圍理所當然也都是女性，而女生們也對這位「世上唯一能夠使用IS的男性」感到興趣，就此展開了許多趣味橫生的學校生活。

距圣诞节仅有8天时间，SOS团在凉宫春日的号召下，不出意料地策划了一场圣诞狂欢派对。但就在12月18日这天早晨，阿虚却发现周围的世界有了些许变化。1年9班消失不见，朝比奈学姐视其形同路人，甚至早已死去的朝仓也代替凉宫春日坐在了阿虚的后面，而春日则如同人间蒸发一般无人知晓。当他冲向SOS团的教室时，只看到了孤零零坐在角落里看书的长门有希，一向淡定自若、冷如冰霜的长门大神也变成了怯懦害羞的乖乖女。从前一日长门留下的蛛丝马迹中，阿虚判断出这个世界似乎被某人重组了一番。此时的阿虚，握有连接两个绝然不同世界的钥匙，他面临着重大的选择……