第1話『上京ペンギン』
天海春香は｢アイドルマスター・プロジェクト｣のアイドルオーディションに合格し、上京することを決意した。その途中、春香は同じくアイドルオーディションの合格者・萩原雪歩と偶然出会う。初めての東京で春香と雪歩が寮を探す途中、春香は隕石除去人型重機｢iDOL｣のネーブラが発進するところを目の当たりにする。
第2話『アイドルのマスター』
春香ごとインベルを持ち去ろうとするヌービアムを、春香の叫びに呼応したインベルが退けた。その後、モンデンキントジャパンに保護された春香は、そのアイドルマスター課課長ジョセフ・真月からアイドルオーディションの意味、アイドルマスターの本当の目的を説明される。複雑な思いを巡らせた末、春香の選んだ道は…？
第3話『アイドルとマスター』
玉兎高校へ通い始めた春香と雪歩。そこで彼女たちは、パイロットとなるための訓練プログラムを受ける。実技の得意な春香はインベル起動にチャレンジするが、インベルはコクピットに春香を乗せたまま動かなくなり、春香はコクピットの中に閉じ込められてしまう。その時、基地ではドロップ(隕石)落下の警報が鳴り響く！
第4話『餃子とアメリカンドッグ』
インベルの操縦に初めて成功する春香。一方、隕石(ドロップ)除去に失敗した伊織は、春香への対抗心をヒートアップ。そんな中、菊地真の操縦でネーブラが傷だらけで戻ってくる。iDOLは道具で、どんな使い方をしても任務を成功させるのが最優先だと言う真。伊織はそんな真に我慢ができず、彼女に決闘を申し込む。
第5話『冷たい手、温かい手』
あずさから追試を言い渡された春香と雪歩。追試に合格しないと、アイドルマスターから外されてしまう。二人は律子たちの協力も得て、猛勉強・猛特訓を開始。だが、訓練がうまく行かず不安なまま試験当日を迎える雪歩。基地へ向かう途中、春香は一番大事な願いを叶えてくれるというお稲荷さんがある場所に雪歩を誘って…。
第6話『高度二万米(メートル)』
ドロップ(隕石)迎撃のため出撃する春香と真。データー上では、視認できるはずのドロップの姿が見当たらなくなっていた。同時に司令室のモニターからも次々にドロップ消失の表示が…。そんな中、司令室との通信が途絶してしまう春香と真。そして、孤立してしまった春香とインベルの前に黒い影が現れる…！！
第7話『ただいま。おかえり。』
インベルのコクピット内で意識を失った春香は、ベッドの上で目を覚ました。そして、格納庫で修理されているインベルを見ると、それが自分のせいだと泣き崩れてしまう。数日後、春香は大きな不安を抱えたまま、再びインベルの起動テストに臨むが、インベルは起動しない…。自信を失った春香は、ある決心をする…。
第8話『コンペイトウ夜話』
演習実験のため南の島にきていたモンデンキントのメンバー。みんなが海水浴に浸っている中、どうしてもインベルが気になった春香は、実験場に向かう。そこで春香が見たものは、パーツを剥がされ、コアだけにされたインベルの姿だった。そんな光景を目にした春香は、あずさからiDOL誕生の秘密を聞かされて…。
第9話『鍵盤』
トゥリアビータに対抗するため、iDOLの状態を万全にしようと考えたジョセフとあずさ。それにはハーモナイザーでの調整が必要だった。だが、それを扱えるのはただ一人。それは人気アイドルの双海亜美だった。ジョセフたちに頼まれて亜美のもとへ向かった春香たちは、そこで亜美にモンデンキントへの復帰を頼むが…。
第10話『不協和音【雑音】』
亜美が戻ったモンデンキントでは、インベルとネーブラのハーモナイズが着々と進んでいた。その結果を受けて、伊織をネーブラのマスターにするという決定が下った。iDOLの心を信じて意気揚々とネーブラに乗り込む伊織に対し、その決定に納得のいかない真。そんな中、伊織は月の欠片を回収する任務に就くが…。
第11話『ニヴルヘイム』
iDOLのコアを探しに、氷と炎の国アイスランドを訪れたモンデンキント一行。亜美の分析から、グリムス山に眠るコアがiDOLの最後の1体｢ヒエムス｣であると確認された。トゥリアビータも最後のコアを狙ってくるはずだと、臨戦態勢に入る春香と真。そんな彼女たちのもとに、ヌービアムと謎の機体が接近していた…。
第12話『ムスペルヘイム』
春香の消息が掴めないまま、ヒエムスの回収を継続していたモンデンキント一行。一方、谷底の洞窟では、千早をモンデンキントのメンバーであると信じ込んだ春香が、彼女にインベルのことを嬉しそうに説明していた。そんな春香に苛立ちが募っていく千早…。嫌気のさした千早がついに本性を現し、春香に銃口を向けた！
第13話『501号室』
モンデンキントの格納庫にはボロボロのネーブラがあった。ネーブラが動かなくなったのは整備不足のせいだと千佳子に詰め寄る真。だが、真とネーブラの間には深い溝ができていた。エピメテウスに敗れた真の搭乗をネーブラが拒否しているのだ。亜美や千佳子に当り散らし、あずさに自宅待機を命じられた真は…。
第14話『なんかうごきづらい』
7年前、ネーブラと初めて出会った伊織。その時のことを思い返しながら、伊織はネーブラのマスターになるための最終試験に臨んでいた。試験を着実にこなしていく伊織とネーブラ。だが、この試験にはもう一つ、本当の目的があった。ミッションを無事に終えた伊織は、晴れてネーブラのマスターとして正式に任命されるが…。
第15話『格納庫天国』
ジョセフが入院して課長不在のモンデンキント。だが周囲は普段と変わらず、寂しさを感じていた春香。そんな中、整備中のインベルが暴走し始めてしまう。消火用のワイヤーでインベルを押さえようとする整備班の抵抗も虚しく、インベルは暴走と停止を繰り返す。そしてインベルは格納庫を破壊して外へ飛び出そうとするが…。
第16話『アイドルとアイドル』
千早のことが気になり始めた春香。インベルが千早を拒否した話をあずさから聞き、春香はいつか自分もそうなるのではと不安になる。そんな春香を勇気づけようと、やよいは春香をアイドルの道に引き込む。やよいに連れられて出たオーディションで芸能事務所の社長の目にとまり、春香は芸能界にデビューすることになるが…。
第17話『迷子の兎』
雪の降らない東京。雪歩は自分の過去を思い出していた。浮かんでくるのは、自分に｢萩原雪歩｣の名を付けてくれた優しい千早の顔。千早に買ってもらったジラフ人形を肌身離さず持ち歩き、雪歩は千早への想いを募らせていく。そんな中、十六夜寮のメンバーたちは、クリスマスイブが雪歩の誕生日であることを知って…。
第18話『夜』
月見島を襲撃したトゥリアビータに亜美が人質としてさらわれてしまった。人質の交換条件は、インベルとネーブラを差し出すこと。だが、トゥリアビータの要求を受け入れるわけにはいかないモンデンキント。いてもたってもいられない春香と伊織は、雪歩と共に無断でインベルとネーブラを発進させ、亜美救出に向かい…。
第19話『サヨナラ』
インベルを奪われた春香は、ジャングルの奥地、崖の下へ落ちて意識を失ってしまう。モンデンキント、トゥリアビータ双方が部隊を送り込み、現地の緊張はピークに達する。そんな折、亜美の危険を察知した5体目のiDOL・テンペスタースが突如出現。亜美を守るテンペスタース。だが5体のiDOLはそろって共鳴しあい…。
第20話『かえりみち』
ポートモレスビーの病院にいた春香は、雪歩とインベルが基地に戻っていないことを知る。一方、モンデンキントでは眠り続けていた真美が目を覚ました。7年前、テンペスタースが真美を連れ去ったのは彼女のケガを治すためだと、真美自身から聞き納得する亜美。そんな中、雪歩の裏切りを知った伊織は春香を心配するが…。
第21話『最後の・プリン』
インベルと雪歩がいなくなり、失意のどん底にいた春香は、やよいの迎えにも応じず自室に閉じこもってしまっていた。一方、千早とあずさは、それぞれにミシュリンクになろうと決意した過去やドーン・オブ・パープルムーンのことを思い返す。その頃、春香を元気づけようとする伊織だったが、部屋に籠もりっきりの春香は…。
第22話『鍵とバット』
iDOLを引き渡すようトゥリアビータの武力行使が続く中、MSA総司令官の朔から解散を通告されたアイドルチームのメンバー。朔の指示で、蛍、亜美、真美を残しメンバーは玉兎高校を追い出されてしまう。朔はiDOLを虚数領域へ封印しようとしていたのだ。純喫茶ムッシュに集まったメンバーは基地奪還を決意して…。
第23話『RUN！』
避難勧告が出され閑散とする東京。基地は奪還したものの、iDOLについての衝撃的な事実を聞かされ、アイドルチームの面々は困惑していた。だが、春香たちアイドルマスターの想いは、ネーブラとテンペスタースの力をかりて、インベルを取り戻すこと。一方、トゥリアビータでは3体のiDOLが出撃準備を進めていた…。
第24話『復興暦百八年』
iDOLの研究を通じ新しい生命体=ミシュリンクを創造しようとするトゥリアビータ。一方、トゥリアビータ本部の位置を特定したモンデンキントは、U・N・N・F・A・S=国連戦略同盟艦隊をトゥリアビータへ送り込む。だが、その本部は擬装暴風圏に護られており、外部からの攻撃は一切通用しない。そこであずさは…。
第25話『春の雪』
浮上したトゥリアビータ本部に呼応してアウリンが動き始め、コンペイトウの軌道がずれ始める。春香はインベルの意思を受け取り、雪歩のいるトゥリアビータへ向かう。行く手を遮る無数のエピメテウス群を囮となって惹きつける伊織とネーブラ。伊織のピンチに駆けつけたのは、あずさとの別れを終えた真とヒエムスであった！
第26話（最終回）『月とペンギン』
ヌービアムのコアを吸収したアウリンはバランスを失い、地球へ甚大な影響をもたらしていた。そんな中、iDOLたちは地球を救うため、自分たちだけでアウリンに向かうことを決意する。それを黙って見ているわけにはいかず、コックピットへ乗り込む春香たち。そして、iDOLたちはアイドルマスターの思いを受け入れ…。