真暦17年、第3銀河帝国が正式に設立された。地球人口の7割が異星人移民となり、人類社会も若き軍事政権が樹立したドルシア軍事国家と、貿易協定を拡大した環大西洋条約機構ARUSに分裂した。二大勢力は盛衰を繰り返しており、紛争は続いている。この間、平和を掲げる中立国ディオールは単独で滞在していたが、必然的に戦争に巻き込まれていくことになる。平和な日、ディオールはドルシアに襲撃された。温厚な少年・土岐ハルト（CV：逢坂良太）は、憧れの少女ガイド・ショウコ（CV：瀬戸麻沙美）が銃撃で埋もれるのを目撃し、悲しみと怒りを胸に、学園の地下から突如現れた謎のロボット・ヴァルヴレイヴに乗り込む。構築し、雷の力でそれを使用して敵を倒します。その後、ハルトは世界からアイドルや英雄として扱われるようになるが、その身体にも奇妙な突然変異が起こり、ドルシア一人旅団の少年アルエルフ（声：木村良平）と身体を交換したことがある。戦争はここで終わっておらず、ドルシアの攻勢は続き、ヴァルヴレイヴの秘密はいまだ完全には明かされていない……。