第1話『8月31日（さいごのひ）』
夏休みも終わりに近づいた頃。美琴との疑似デートに連れ回されたり、そのついでにアステカの魔術師と戦うハメになったりと、上条の日常は相変わらずにぎやかで忙しかった。当然、山積していた夏休みの課題はまったく手つかず。学生寮の彼の部屋ではインデックスが『超機動少女カナミン』を垂れ流し、スフィンクスがぐったりしている。まったく先の見えない状況の中、上条の孤独な戦いは続いていた。 上条が夏休みの宿題に追われていた頃。学園都市近くの海中から、テトラポッドの上に上陸する者たちの姿があった。金属鎧で全身を包んだ彼ら–イギリス清教の騎士たちの背後で、突然響く鍔鳴りの音。
第2話『法の書（ほうのしょ）』
暗号で書かれた魔道書『法の書』と、それを解読できる修道女が、天草式十字凄教によって拉致される。元・天草式の教皇(プリエステス)である神裂と連絡が取れない事態に、魔道書の持ち主であるローマ正教との衝突を危惧するイギリス清教。ことが起こる前に事件を解決するため、学園都市にステイルを派遣する。 一方、秋のイベント攻勢に向けて盛り上がる学園都市。各学校では、最初に開催される能力使用全面解禁の学校対抗運動会–大覇星祭に向けて、着々と準備が行われていた。そんな折、上条の元にインデックスがさらわれたという知らせが舞い込む。犯人の要求通り、学園都市の外にある廃劇場にひとりで向かった上条は……。
第3話『天草式（あまくさしき）』
天草式十字凄教により、上条たちの目の前で再びさらわれてしまったオルソラ。上条はステイル、ローマ正教のアニェーゼたちとともに、彼女を救うべく、天草式の潜むパラレルスウィーツパークへと向かう。彼らが特殊な移動法『縮図巡礼』の力で逃げおおせる前に、オルソラを確保するか、天草式を制圧しなくてはならない。主力であるアニェーゼたちに陽動を任せ、上条とステイルはオルソラの確保に向かう。武器を手にした天草式の少年少女たちが襲い来る中、またもステイルにオトリにされる上条。なんとか逃げおおせて物影に隠れようとした彼は、ガムテープで自由を奪われたオルソラと遭遇、彼女を助けることに成功する。しかし、彼らの前に傷だらけのステイル。
第4話『魔滅の声（シェオールフィア）』
オルソラの保護に成功した上条たち。しかし、天草式十字凄教教皇代理の建宮は、彼女をローマ正教に渡してはいけないという。『法の書』の解読ができるオルソラは秘密裏に殺される。直前にローマ正教のシスターたちに攻撃を受けていた上条は、彼の言葉を信じるが、ステイルにローマ正教内の事件に介入はできないと諭される。ひとりオルソラと仲間を救出に向かう建宮を前に、自分の無力をかみしめる上条。どうしたらよかったのかと自問し、どうしてもあきらめきれない上条は、ひとり｢オルソラ教会｣へと向かう。そして、アニェーゼをはじめとする大勢のシスターたちを前に、オルソラを救うと宣言する。
第5話『蓮の杖（ロータスワンド）』
インデックスの｢魔滅の声(シェオールフィア)｣を破り、再び攻勢に転じたローマ正教のシスターたち。数において絶対の劣勢を強いられる上条たちは、なんとか聖堂のひとつに逃げ込むことに成功する。逆転の策は『法の書』の解読にゆだねられるが、オルソラの知るそれはダミーの解読法だったことが判明する。そこで、ある作戦を思いついた上条は、単身、アニェーゼの元へと向かう。司令塔たる自分をつぶせばどうにかなると思ったら大間違いとばかりに、司教杖を構えるアニェーゼ。彼女が杖を傷つける度に、どこからともなく襲いくる衝撃。上条はなすすべなく打ち倒される。
第6話『残骸（レムナント）』
大覇星祭を間近に控え、なにかと忙しい学園都市。常盤台中学の全体体育授業を終えた美琴とともに、ランジェリーショップでの買い物に出かけた黒子。しかし初春から強盗事件の一報を受け、渋々｢風紀委員(ジャッジメント)｣支部に急行する。監視カメラの映像には、キャリーケースを奪い合う男たちの姿を映されていた。しかもケースは第二三学区のエンブレム付きで、宇宙線対策が施された特殊なものと判明。学園都市外部の人間らしき彼らと接触・制圧し、難なくケースを奪い返した黒子……だったが、突如その現場で謎の少女に襲われ、再びケースを奪われてしまう。『空間移動(テレポート)』系能力『座標移動(ムーブポイント)』を持つその少女は……。
第7話『座標移動（ムーブポイント）』
『座標移動(ムーブポイント)』の能力を持つ少女・結標と対峙する美琴の姿を見、その言葉を聞いてしまった黒子。美琴の世界を守るべく、逃亡する結漂を追いつめ、戦うことを決意する。一瞬の攻防が勝敗を決する『空間移動(テレポート)』能力者同士の戦い。一手先を取られ、身動きの取れない黒子に、結標は自分たちの計画を語り始める。外部組織『科学結社』と結託し、『樹形図の設計者(ツリーダイアグラム)』を復元を目論んでいるというその計画に、同じ高レベル能力者として黒子を誘う結標。
第8話『大覇星祭（だいはせいさい）』
学園都市すべての学校が参加する大規模運動会｢大覇星祭｣。学園都市が一般開放される数少ないイベントとあって、開会式前から大盛況。いつものように美琴に絡まれた上条は、｢負けたら何でも言うことを聞く｣という条件で大覇星祭の結果で勝負をすることに。しかし、第一競技・棒倒しに備えるクラスのもとに戻った上条を待っていたのは、まったく大会にやる気のないクラスメイトの姿だった。美琴との勝負に早くも赤信号と思われたその時、体育館裏手で、対戦相手の学校教師からバカにされる小萌先生が。彼女の儚げな姿を見て、心技体全てが一致団結した上条のクラス全員は殺気を放ちながら相手チームへ突進する。
第9話『追跡封じ（ルートディスターブ）』
聖人を一撃で葬る霊装『刺突杭剣(スタブソード)』が学園都市に持ち込まれたと土御門らに聞かされ、大覇星祭の真っ最中に捜索を協力することになった上条。偶然にも、事件の張本人である運び屋・オリアナ=トムソンと接触した上条は、土御門、ステイルと合流して尾行を続けるが、彼女の仕掛けた罠が待ち受けていた。上条の右手で何とかやり過ごしたものの、オリアナに逃亡の時間を与えてしまう。土御門はステイルの協力を得て、オリアナの位置を特定するための魔術を展開するが、それすらも見越して仕掛けられた彼女の罠が発動、ステイルが傷を負うことに。土御門はオリアナの仕掛けた罠そのものを潰すため、さらなる魔術を行う。
第10話『速記原典（ショートハンド）』
なんとか罠を解除するも、オリアナの魔術により吹寄が倒れてしまう。無関係の一般人すら巻き込むオリアナのやり方に激怒する上条。ステイルのサポートを受けて、上条は土御門と共にオリアナを追いつめるが、あと一歩で無人バスに乗り込まれ、取り逃がしてしまう。ステイルの機転で、バスを爆破するも、難なく炎をかいくぐるオリアナ。魔道書の原典を一瞬で書き上げる『速記原典(ショートハンド)』を駆使しての戦いになだれ込む。渦中、ケガをしていた土御門は行動不能に陥り、変幻自在の魔術の前に上条も追い詰められていく。我が身を顧みない右手の一撃で上条に逆転を許したオリアナは、『刺突杭剣』を手放し、逃亡する。
第11話『刺突抗剣（スタブソード）』
『刺突抗剣』の正体が『使徒十字(クローチェディピエトロ)』であると判明したことで、リドヴィアの本当の目的を知った上条たち。この状況が明るみになり、インデックスが動くことになれば、外部の魔術師の侵入を許すことになる。この事件を彼女に悟らせないよう、上条は、両親とインデックス、そして美琴と彼女の母親・美鈴と昼食の席を囲んだり、多分な誤解による美琴と黒子の理不尽な攻撃を受けたりしていた……。一方、イギリス清教からの報告を受けていたステイルは、緊迫した状況下にもかかわらず小萌先生に喫煙をとがめられ、お小言を受ける羽目に。そんな安息(?)のひとときも、土御門からの連絡で終わりを告げる。
第12話『天文台（ベルヴェデーレ）』
かろうじてオリアナの襲撃を退けた土御門。しかし、吹寄に続いて、姫神までがオリアナの手にかかり、重傷を負ってしまう。一般人を巻き込むことも辞さない彼女たちのやり方に、強い怒りを覚える上条。しかしそれは、オリアナにとっても想定外の事故だった。二度と過ちを犯さぬため、『使徒十字』で学園都市を支配する–その目的を果たすべく、再び動き出すオリアナ。一方、上条は彼女のあとを追いながら、その行動の不自然さに思い当たる。イギリス清教の報告から『使徒十字』の使用には星座が関わっていると推測されたが、決定打に欠けるまま、上条はオリアナを追いつづける。その頃、彼女の足跡を追っていた土御門が、あることに気付き……。
第13話『使徒十字（クローチェディピエトロ）』
イギリス清教からもたらされた追加報告によって、『使徒十字』の使用条件を知った上条たち。オリアナの目的地『天文台』をどうにか特定した彼らは、土御門の｢裏技｣を使って、その目的地–第二三学区の飛行場へと急行する。彼らの前に立ちはだかるオリアナ。彼女の罠の前に土御門が倒れ、『速記原典』を駆使した変幻自在の攻撃に上条とステイルも苦戦を強いられる。刻一刻と暗くなっていく空。夜になって星座が見えると、『使徒十字』が発動してしまう。連携を無視した攻撃で、かろうじてオリアナの隙を突くことに成功する上条とステイル。何とか形勢逆転まで持ち込もうとするも、満身創痍のオリアナは、自らの戦う理由と求める答え、そして魔法名を口にする。
第14話『水の都（みずのみやこ）』
大覇星祭最終日に行われる大抽選会・来場者ナンバーズ。不幸の代名詞であるはずの上条は、何を間違ったか、一等賞の北イタリア五泊七日のペア旅行に当選してしまう! そしてなぜかパスポートを持っていたインデックスとともに、上条は幸せな旅行を満喫すべく出発した。しかし、当然のように出発前の空港でトラブルに巻き込まれ、現地に到着してからも現地ガイドに置いてけぼりを食らい、自力でホテルを目指すはめに。その上、現地語の通訳として頼みの綱であるインデックスが行方不明になってしまう。言葉もわからないイタリア・キオッジアの地で、ひとり放り出されてしまった上条だったが、そこに救いの女神–オルソラが現れる。
第15話『女王艦隊（じょうおうかんたい）』
突然の襲撃を受けた上条たち。運河から現れた巨大な氷の帆船に乗り込むことになった上条とオルソラは、そこで意外な人物–アニェーゼと顔を合わせる。氷の帆船は大規模霊装『女王艦隊』の護衛艦の一隻で、彼女は侵入者である上条たちの捜索を手伝っていたのだという。彼女は罪人として『法の書』事件の責任をとらされ、同じ部隊のシスターたちは『女王艦隊』で使役されていたのだ。ここから逃げたいのなら、自分の言うことを聞けと取引を持ちかけるアニェーゼ。その取引内容とは、アニェーゼ奪還を企てるも捕まってしまったルチアとアンジェレネの確保だった。部下を助けてほしいと懇願するアニェーゼの言葉に従い、どうにか二人の救出に成功する上条たち。
第16話『刻限のロザリオ（こくげんのロザリオ）』
天草式に救出された上条たちは、彼らの手を借りてアニェーゼ救出に向かう。『女王艦隊』に突入し、かつての仲間たちと戦うルチアとアンジェレネ。一方、旗艦である『アドリア海の女王』にたどり着いた上条とインデックス、オルソラは、艦内を壊しながらアニェーゼを探す。氷の鎧たちの攻撃を受け、ふたりとはぐれてしまった上条の前には、ローマ正教の司祭・ビアージオが現れる。｢主の恵みを拒絶する｣右手を持つ上条に、嫌悪感を隠さないビアージオは、十字架を使った術式を駆使して彼を追いつめる。一方、インデックスとオルソラはアニェーゼの囚われている中枢部へとたどり着く。驚くアニェーゼにルチアたちの言葉を伝えるオルソラ。
第17話『罰ゲーム（ばつゲーム）』
大覇星祭でとある約束をとりつけ、ご機嫌な睡眠と素敵な夢を満喫する夜を送っている美琴。同室の黒子は、毎夜発せられる愛すべきお姉様の甘美なる寝言に身もだる、眠れぬ夜を送っていた。一方、退院した一方通行(アクセラレータ)と打ち止め(ラストオーダー)は、芳川の知り合いの元に預けられることに。特殊な力を持つふたりが案内された先は、研究機関とは程遠い、ごく普通の教員–『警備員(アンチスキル)』黄泉川愛穂の家だった。そして、散々なイタリア旅行から帰国した上条は、土御門や青髪と他愛のないバカ話に興じてみたり、不用意な一言から吹寄にバイオレンスな一撃を食らったりと、平和な日常を過ごしていた。そんな彼のもとに、美琴からある連絡が届く。
第18話『検体番号（シリアルナンバー）』
ここはイギリス、ロンドン。ローラとステイルが愉快な、しかし命がけのドツキ漫才を展開したり、『必要悪の教会(ネセサリウス)』の女子寮に届けられた最新鋭の全自動洗濯機を前に神裂が悪戦苦闘したり、オルソラたちが興味津々だったりしていた頃……。日本の学園都市では、大覇星祭の罰ゲームで美琴の愛玩奴隷と化した上条が大きなため息をついていた。美琴にはゲコ太ストラップ欲しさに携帯電話のペア契約を迫られたり、突然現れたミサカにゴーグルの捜索を手伝わされそうになったり、美琴との姉妹(?)対決に巻き込まれたり、さらにゴーグル盗難犯の打ち止め(ラストオーダー)が混乱に拍車をかけたり……。
第19話『木原数多（けんきゅうしゃ）』
紆余曲折を経て、打ち止め(ラストオーダー)と再会した一方通行(アクセラレータ)。はしゃいで転んだ彼女を手当てするべく薬局に向かった彼の前に、突然、黒づくめの集団が現れる。『猟犬部隊(ハウンドドッグ)』–学園都市の暗部に属する者たちは、予告もなく一方通行に襲いかかる。その中には白衣の男–一方通行の開発に携わった研究者、木原数多の姿があった。『ベクトル操作』を無効化して一方通行を打ち倒した彼は、なぜか打ち止めは自分が回収すると言う。そして逆上する一方通行に、打ち止めの存在する、本当の理由が明かされる……。同じ時。『警備員(アンチスキル)』たちを無力化し、雨の降りしきる学園都市へと侵入してきた者がいた–。
第20話『猟犬部隊（ハウンドドッグ）』
絶体絶命の一方通行(アクセラレータ)の前に現れたインデックス。場違いな乱入者に木原たちが見せた隙を逃さず、一方通行は車を奪って彼女とともに逃走する。巻き添えを避けるべく、助力を仰いだカエル顔の医者に、打ち止めを守ることだけを優先するべきだと諭された彼は、木原たちを追いつめるべく行動を開始する。一方、上条は助けを求めてきた打ち止め(ラストオーダー)とともに一方通行を探していた。『猟犬部隊』に追われ、レストランに逃げ込むふたり。その前に姿を現したのは、学園都市に侵入し、『警備員(アンチスキル)』や『猟犬部隊』を無力化した黄色い服の女性–ローマ正教『神の右席』に所属する魔術師、前方のヴェント。彼女の容赦ない攻撃が……。
第21話『学習装置（テスタメント）』
『猟犬部隊(ハウンドドッグ)』を追いつめ、次々と潰していく一方通行(アクセラレータ)。統括理事会からの命令で打ち止め(ラストオーダー)が捕えられたことを突き止めた彼は、学園都市を敵に回す覚悟をする。彼女を救うために手段は選ばない。一方通行は再び｢闇｣へと踏み込む……。一方、はぐれてしまった打ち止めを探す上条の前にヴェントが姿を現す。再び激しい戦いが始まるかと思われたその時、あるものを感じ取ったヴェントはその場を離れ、その原因を叩こうとする。虚数学区・五行機関の展開。ヴェントの魔術を封じるため、アレイスターがミサカネットワークを操ったのだ。莫大な閃光が放たれたそこからは無数の翼が広がり、巨大な『天使』の姿が出現する。
第22話『天罰術式（てんばつじゅつしき）』
打ち止め(ラストオーダー)を救うため、『ベクトル操作』の通じない相手–木原との絶望的な戦いに挑む一方通行(アクセラレータ)。チョーカーの電池切れで能力はおろか、まともに立つことすらできないはずの彼は、それでも木原に食らいつき……。虚数学区・五行機関展開のため、犠牲にさせられた｢ともだち｣–風斬氷華を助けるため、『神の右席』前方のヴェントに立ちはだかる上条。彼は、風斬自身も戦っている事実を感じ、なお拳を握りしめる。そして、風斬を元に戻すべく、全ての知識を動員して解決を図るインデックス。｢核｣のもとにたどり着いた彼女は、打ち止めも、風斬も、そして学園都市をも救おうと、己の本分たる祈りを捧げる–。
第23話『開戦前（かいせんまえ）』
ヴェントの襲撃に伴う騒動が解決した学園都市。上条にもこれまで通りの日常が戻ってくる。ご飯の支度に忙しかったり慎ましやかにお弁当の交換を楽しんだり、小萌先生の家に結標が転がり込んだり、インデックスを交えてクラス全員参加のすき焼きパーティが開催されたりと、みなが平和を謳歌しているかに見えた。しかし世界中で学園都市に対するデモや抗議活動が活発化。その動きに呼応して、諸勢力との戦争の危険性を感じた保護者たちは、学園都市から子どもたちを回収しようとする運動を始めていた。上条は、自分がその中心にいる事に思い悩んでいた……。一方、学園都市の暗部と取引をし、｢闇｣に己を売った一方通行(アクセラレータ)に、ひとつの命令が下される。
第24話（最終回）『武装集団（スキルアウト）』
世界各地で次々と起こる科学サイドへのデモや抗議活動。学園都市への風当たりはさらに厳しいものとなっていた。緊迫する世界情勢の中、もうひとつの『脅威』が、学園都市を襲う。それは、酔っ払った御坂美鈴が学園都市の生徒を見つけて見境無く絡みまくる、という『無差別テロ』だった……!! 最初の犠牲者として選ばれたのは、不幸にも美鈴の顔に既視感を覚えた学園都市最強の能力者だった。その後も被害は拡大を続け、罪のないタクシー運転手の次に標的となった上条当麻は、酒臭い吐息だけでなく、インデックスの怒りを一身に浴びることに。そして、辛くも逃げおおせた最初の犠牲者–一方通行のもとに、学園都市の『上』から、とある情報がもたらされる。