“我对普通的人类没有兴趣。你们之中要是有外星人、未来人、异世界来的人、超能力者，就尽管来找我吧！以上。”这位就是在开学的自我介绍中，发言惊爆的凉宫春日。对于平淡无聊的日常生活无法忍受的她，创立了一个不可思议的社团——让世界变得更热闹的凉宫春日的团，通称SOS团。 虽然同班同学阿虚、寡言读书少女长门有希、萌萌学姐朝比奈实玖瑠、神秘转校生古泉一树等人都被她牵扯进来，但是阿虚以外的三人却有着凉宫春日不知道的大秘密。
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故事发生在贵族私立学校斯特拉女子学院高中部内，雾岛莲都（牧野由依 配音）是刚刚进入学校就读的新生，对贵族学校之中优雅而又高贵的生活充满了憧憬，并且立志要加入充满了艺术气氛的美术部。然而，直到加入了美术部之后，莲都才得知，美术部和艺术根本就没有半点关系，而是一个利用BB枪和野战的形式来维护校园内部稳定和安全的“特别处置团体”。 除了莲都外，个性大大咧咧不拘小节的鹿岛园罗（泽城美雪 配音）、率真耿直的初濑卡莉娜（茅野爱衣 配音）、沉稳优雅聪慧过人的陆奥穗香（斋藤千和 配音）等人都是社团中的成员。
ガイラー星的考察队遭遇事故而在地球迫降，迟迟等不到本星救援队的考察队内部终于发生了内乱，过激派ゲルドン夺权称帝，建立ガイラー帝国并准备利用超兵器空爆机器人侵略地球。主和派的ヤン博士为了阻止ゲルドン的野心，将新型空爆机器人“グロイザーX”托付给女儿リタ，并让她将ゲルドン帝王的野心告知地球人。リタ脱出后遇到了特技飞行员海坂譲，两人一同驾驶グロイザーX开始了战斗。
自从盖塔射线被发现并作为一种重要的能源被广泛使用以来，人类已经经历了大半个世纪，但是，神秘的外星生物Inventor（来访者）自月面开始侵袭地球，人类濒临危机。于是，人们自发制造了大量的Super Robot去应战，终于击退了这些怪物。随着早乙女博士的死亡，世界盖塔射线的研究权威机构——早乙女研究所渐渐被废弃，当年杀害博士的元凶，就是原盖塔队队长——流龙马，如今已经被判处无期徒刑，处于监禁中，曾作为战争中拥有最强大力量的盖塔队也就此解散。 一日，原盖塔队成员——巴武藏和车弁庆在运送军方重要物资的时候，于山路上再度遇见了消失多时的Inventor，并受到了截击，巴武藏驾驶盖塔三号机应战，酣战多时，中途却被一巨大的机器人攻击，它全身深红，背后生有恶魔的翅膀，它是弑神者——真盖塔。并不知情的武藏被打成重伤，而真盖塔也同时收拾掉了Inventor，强大的力量令人咋舌，而操纵者，竟然是原本应该在３年前死去的早乙女博士。 到底是怎么回事呢？Inventor侵攻地球的谜团，盖塔射线的秘密，即将要揭晓了。！
