第1話『ガンヴァレルが待ってるから』
２０１９年６月末。種子島。中央種子島高校ロボット部は廃部寸前。ロボット大好き少女の部長、瀬乃宮あき穂とロボットには興味のない格ゲーオタクの八汐海翔の二人きり。旧種子島空港の車庫をハンガーにし、完成の目途がついていない巨大ロボット「ガンつく１」を制作していた。あき穂は半年後にお台場で開かれるロボット万博にロボ部としての出場を目指し、制作のための部費を学校に請求。そこで犬猿の仲となっている教頭先生に部費を得るための条件を提示されて—
第2話『夢と希望とロマンがあってこそ』
ROBO-ONE優勝を目指し、あき穂は過去のROBO-ONE優勝ロボットでありロボ部名誉部長タネガシマシン３を使おうとするが古すぎて動かない。周りの協力を得て、何とかタネガシマシン３改を完成させるが、今度は操作方法が難しすぎて・・・ さらに連日無理をしたあき穂は持病である「発作」が起きてしまう。
第3話『タネガシアクセルインパクトォォォォォ！』
いよいよROBO-ONE当日。操縦システムにキルバラを組み込んだことにより大会で勝負できるまでの完成度を得たタネガシマシンは、優勝決定戦へ進出。そこであき穂と海翔は大会二連覇中の謎の仮面ヒーロー「ミスター・プレアデス」と対面する。しかし、連日の徹夜がたたり体調が優れない海翔は、試合で圧倒的劣勢に立たされてしまう。
第4話『一緒に、正義の巨大ロボを造ろう』
あき穂はガンつく１建造計画を進めるべく、ＪＡＸＡ種子島宇宙センターに協力を要請するが交渉は決裂。昴からはガンつく１の設計について駄目だしをされてしまう。それでもガンつく１制作のために奔走するあき穂を横目に、昴は海翔にROBO-ONE世界大会でコンビを組まないかと持ちかける。
第5話『お兄ちゃんって呼んでいいですか？』
宇宙ヶ丘公園で海翔のポケコンを横切った少女の幽霊は、学校でも噂になっていた。海翔は都市伝説に詳しいという淳和と一緒に、島中を探してみるも不発に終わる。夜、海翔は少女の声のした旧南種子島郷土館の中に潜入。そこでＡＲアプリ『居る夫』を通してしか見ることできない、愛理という少女に遭遇した。
第6話『夢が終わっちゃったら、寂しい』
淳和とフラウがロボ部に加わった。昴はROBO-ONE世界大会に向けＭ４５の調整、あき穂はガンつく１の資金繰り、海翔は君島レポート探し、バラバラに忙しい日々を過ごしていた。ある日ホビーロボットの趣味を禁止されていた昴は、キルバラシステムを組み込んだＭ４５の稼働テストをしているところを、父親の宏武に見つかってしまう。
第7話『ありがとうごじゃいましたっ』
昴が学校に来なくなった！焦るあき穂を横目に、海翔は交換条件であるチーター狩りをするため、フラウの部屋を訪れた。そこで彼女から母親がガンヴァレルの監督であること、最終回にまつわる事件について聞かされる。次の日ハンガーには学校を休んでいた昴の姿があり、ロボット建造に協力するという。そこへ謎の女性が現れ・・・？
第8話『天王寺綯です。よろしく！』
謎の女性はJAXA職員の天王寺綯だった。綯はJAXAが巨大ロボット建造を支援するので、ガンつく１ではなく別の巨大ロボットで万博出展を目指そうと提案するが、あき穂は想像もしなかった答えを出す。海翔は愛理から君島レポートが全部で７つある話を聞き、ナンバー２を手に入れるために、台風が迫る中、郷土資料館の鉄塔を登ろうと奮闘する。
第9話『血と汗と涙の結晶ですから』
ロボ部はガンつく１完成の前祝いに「よいら～いき祭り」に来ていた。海翔はフラウを夏祭りに誘うために自宅を訪れるが、そのままチーター狩りをすることに。ガンつく１完成を目前に控えたあき穂は、みさ希へ思いのたけをメールする。そしていよいよ稼働テストの日。島中から集まった観客に見守られ、ガンつく１はテストを開始するが—
第10話『うちらだからこそ造れるロボを』
宇宙ヶ丘公園でゲームをしていた海翔の側にモノポールが落ちてきた。JAXAに再び招待されたロボ部。ガンつく１制作に拘るあき穂と、新たなガンつく製作への可能性を話す昴の意見は再び対立。さらにガンつく２についてドクへ相談するも一蹴されてしまう。落ち込むあき穂だったが、ロボット作りの原点に立ち返り、決意を新たにする。
第11話『フラグは達成されました』
海翔はフラウを巻き込み、君島レポート探しを続けていた。嫌がらせのようなフラグ回収を進める中、とうとうチーター狩りに成功。しかしウイルスに感染してしまう。その頃東京ではパワードスーツの暴走事故が世間を騒がせていた。そして海翔はあき穂からの連絡でガンヴァレル最終回がネットに流出したことを知り、その内容に驚愕する—
第12話『どこかひとつでも好きになってくれるまで』
海翔は、みさ希と君島コウとの繋がりを探るためレポート探しを続行。そこへドクが病に倒れたと連絡が入る。淳和はお見舞いに行くが、面会を断られてしまう。気弱になったドクはロボクリニックを畳むと言い、淳和は退部届を出してきた。そこであき穂は、クリニックの倉庫で眠っているロボット達を復活させて、昔のロボクリニックを再現しようと計画する。
第13話『なんという狂った世界』
ドクとJAXA協力により順調に制作が進むガンつく２。流出したガンヴァレル最終話の映像を調べていたフラウは、いくつかのサブリミナル映像から、母親の残したメッセージに辿り着く。君島レポートの真実味が増し、残りのフラグ回収を急ぐ海翔だったが、関東に太陽嵐が直撃したというニュースが流れ…。
第14話『少しだけこのままで・・・』
東京は太陽嵐の影響で大停電。大混乱の中、サーバーをのっとられたサービスロボットが制御不能の暴走を始めていた。フラウは偽者の書き込みにより、ロボット暴走事件の首謀者である疑いをかけられてしまう。海翔は、この事態を止めるため「鍵」に使われているキルバラでの対戦に挑むことになるのだが・・・。
第15話『君に夢を見せてあげよう』
太陽嵐以降、エラーを頻発させている『居ル夫。』が、１２月２４日に大規模サーバーメンテナンスが行われるという。それをきっかけに、バグ扱いの愛理が消えてしまう可能性を知る海翔。愛理が消えてしまえば、君島レポートを見つけることが出来なくなってしまう。しかし愛理本人は状況がわかっていない様子で・・・。そんな中、海翔は愛理に案内され、ある場所を訪れることとなる。
第16話『巨大ロボットが、大好きです』
とうとう完成し稼働テストにこぎ着けたガンつく２。しかし種子島のJAXAから５年ぶりのロケット打ち上げが決まり、ロボ部はJAXAの施設を使用できなくなってしまった。ガンつく２をハンガーへ移動させ稼働テストを始めるが、事故を起こしてしまい・・・。その頃、海翔は１人門倉岬で最後の君島レポートを発見、そこに瑞榎が現れ君島レポートには関わるなと忠告する。すると突然ポケコンから「かごめかごめ」の音楽が流れ始め—
第17話『ロボット研究部は、本日をもって解散します！』
昴の事故により、ロボ部はスペースアメ社、JAXAからの支援事業打ち切り、学校からは廃部を言い渡される。ガンつく２も解体されることが決まり、あき穂は思い悩む。その頃、海翔も最後の君島レポートをダウンロードするか迷っていた。すると事故現場を視察に来たある人物から、パワードスーツの暴走、愛理のコールドスリープについて聞かれ・・・。そしてガンつく２解体の日、二人きりに戻ったロボ部であき穂は海翔にある宣言をする。
第18話『そこに本物のガンヴァレルがいます！』
ガンつく２と共に、東京万博にやってきたあき穂と海翔。万博に姉も来るということを知り、久々の再開と完成させたガンつく２を見てもらえる事に期待が膨らむあき穂だが、海翔は今のみさ希と会うことに不安を感じていた。その夜、海翔は瑞榎への罪悪感から悪夢にうなされる。いよいよ万博が始まり、ガンヴァレルをモデルにしたガンつく２は、観客から「不謹慎だ」と言われ嫌がらせを受けてしまう。
第19話『夢なんて、持たなければよかった』
みさ希がSUMERAGIを操り、万博会場を破壊し始めた。姉を止めようと、あき穂はガンつく２を起動させる。その頃「居ル夫。」上では、東京に大規模な太陽嵐が到達し万博会場が水没、さらに世界中で起きている停電の様子が映し出されていた。海翔は澤田から、あねもね号事件の真実、君島コウの計画について聞かされ、万博会場にいたみさ希がＡＲだったことを知る。
第20話『今でもロボットが好きですか』
あき穂と海翔は種子島にいるみさ希から真実を確認しようと調布空港へ向かう。だがそこには君島コウに操られた愛理が待っていた。君島コウがみさ希の意識を乗っ取り、操られていることを知ったあき穂は、姉はまだロボットが好きかと君島コウへ問いかける。そしてその様子は充彦によってネットで生配信されていた。一方種子島では、解散したはずのロボ部メンバーが集まり始めていた。
第21話『ガンヴァレル発進！』
ロボ部メンバーと藤田、種子島の住人たちはハンガーでガンつく１の改良を進めていた。一方海翔は、澤田から受け取った肉眼でＡＲアノテーションを見せられるという電磁波照射装置について詳しく調べるため、君島コウにかかわりの深い旧郷土館へ向かうことに。そこで海翔は装置の起動スイッチと連動してスローモーの発作を起こしてしまう。さらに君島コウの命令に従ったゲジ姉が襲いかかってきて——
第22話（最終回）『ここからは、俺たちのゲームだ』
いよいよ決戦の時！海翔が操縦するスーパーガンつくとロボ部の面々は、みさ希が待ち構えるJAXAのロケット発射場に乗りむ。それぞれの想いがぶつかる中、あき穂の姉への気持ちは通じるのか——