Riko Morisawa, seorang gadis muda dari Tokorozawa, melakukan perjalanan ke Tokyo bersama temannya Mana. Saat mereka berkeliaran di sekitar toko-toko di Ikebukuro, Riko melihat papan reklame tentang acara yang berkaitan dengan lini mainan Little Battlers eXperience (LBX). Mana mendesak Riko untuk membeli satu, dan meskipun awalnya menolak, Riko segera menyediakan beberapa kit LBX untuk ayahnya.

Saat membuka salah satu kotak berlabel “LBX Assassin,” celah temporal memanifestasikan dirinya dan membawa Riko ke langit Jepang alternatif. Sementara dia jatuh pada kecepatan terminal, sebuah exosuit berdasarkan LBX Assassin muncul di sekelilingnya, menyelamatkannya dari keturunan. Namun, di tanah, dia bertemu dengan Mimesis, makhluk logam mematikan yang menyerang dunia demi dunia. Saat dia melarikan diri dari monster-monster ini, Riko diselamatkan oleh empat gadis lain yang dilengkapi LBX. Setelah mengetahui tentang kesulitan Riko, kelompok tersebut memutuskan untuk merekrutnya ke dalam unit tempur mereka “Soukou Musume.”

Soukou Musume Senki menceritakan bagaimana unit bertahan dari cobaan dan kesengsaraan yang mereka hadapi, mengembangkan ikatan yang tidak dapat dipecahkan di sepanjang jalan.