Riko Morisawa, một cô gái trẻ đến từ Tokorozawa, đi du lịch đến Tokyo cùng với người bạn Mana của cô. Trong khi họ đi dạo quanh các cửa hàng ở Ikebukuro, Riko nhìn thấy một bảng quảng cáo về một sự kiện liên quan đến dòng đồ chơi Little Battlers eXperience (LBX). Mana thúc giục Riko mua một chiếc, và mặc dù ban đầu từ chối, Riko đã sớm mua một vài bộ dụng cụ LBX cho cha cô.
Khi mở một trong những chiếc hộp có nhãn "Sát thủ LBX", một vết nứt thời gian xuất hiện và đưa Riko lên bầu trời của một Nhật Bản thay thế. Trong khi cô ấy rơi xuống với vận tốc cực đại, một bộ đồ ngoại cỡ dựa trên LBX Assassin hiện thực hóa xung quanh cô ấy, cứu cô ấy khỏi rơi xuống. Tuy nhiên, trên mặt đất, cô chạm trán với Mimesis, những sinh vật kim loại chết người đang xâm chiếm hết thế giới này đến thế giới khác. Khi chạy trốn khỏi những con quái vật này, Riko được cứu bởi bốn cô gái được trang bị LBX khác. Sau khi biết về tình trạng khó khăn của Riko, cả nhóm quyết định tuyển cô ấy vào đơn vị chiến đấu của họ "Soukou Musume."
Soukou Musume Senki thuật lại cách đơn vị chịu đựng những thử thách và đau khổ mà họ phải đối mặt, phát triển những mối liên kết không thể phá vỡ trên đường đi.