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Uryu, aspirante studente della facoltà di medicina di Kyoto, si trasferisce presso il santuario Amagami su richiesta del prete a capo. Lì incontra le sorelle Yae, Yuna e Asahi, tre miko devote in totale antitesi con la sua ideologia atea.

Yuna non è d'accordo con l'idea di suo nonno, per questo escogita un piano per spingere Uryu a lasciare il santuario. Quando quest'ultimo decide di andarsene, le tre sorelle lo seguono fino al suo vecchio orfanotrofio dov'è cresciuto.

Chidori decide che è tempo che Uryu abbia un incontro formale in vista del matrimonio con ognuna delle tre sorelle Amagami. Il ragazzo trascorre un giorno a testa con tutte e tre, scoprendo alcuni lati più nascosti dei loro caratteri.

Kitashirakawa, finanziatore dell'Amagami, minaccia di troncare i fondi e privare le tre sorelle del loro santuario ormai in declino. Ma Uryu ha una controproposta: se riusciranno ad attirare almeno 5000 visitatori per il festival, il santuario resterà com'è.

Qualcuno ha diffuso la falsa notizia che il festival del Santuario Amagami è stato annullato. Le tre sorelle e Uryu corrono disperatamente ai ripari, ma un evento imprevisto complica ulteriormente la situazione. C'è bisogno di un miracolo, e alla svelta!

Uryu e Asahi indagano sui sentimenti di Yae, mentre le due sorelle maggiori preparano dei regali per il compleanno della più piccola. Yuna, intanto, decide di farsi forza e mostrare la sua gratitudine nei confronti di Uryu.

A pochi giorni dalla fine delle vacanze primaverili, le sorelle Amagami si recano al Santuario Tsukigami per richiedere un consulto con la loro maestra, la sacerdotessa Yomiko. Quest'ultima spingerà le tre sorelle a riflettere meglio sulle proprie scelte future.

Dopo aver ritrovato Yae, Uryu scoprirà le capacità e le indecisioni della maggiore delle tre sorelle. Il mattino seguente, Asahi confida al ragazzo un segreto sul proprio futuro che sta nascondendo alle sorelle maggiori.

Chiacchierando con Mahiru, Yomiko ricorda con nostalgia il periodo di apprendistato delle sorelle Amagami. Al calare della notte, Yae, Yuna e Asahi sono pronte a far chiarezza sul proprio futuro con la loro maestra.

È ora di tornare a scuola! Uryu si ritrova in classe con Yuna, che però lo intima a non rivolgerle parola per non destare sospetti sulla loro convivenza. La capoclasse Mitsuko, però, inizia a nutrire dei dubbi sul comportamento insolito della ragazza.

Uryu viene incaricato da Yuna e Asahi di accompagnare Yae a una bevuta fra colleghi universitari, ma sulla via del ritorno fa una scoperta shockante. Di notte, quando Yae propone loro e alla sua amica Makoto di fare un giro a Kyoto, il ragazzo si mostra ansioso di parlarle del segreto che ha scoperto.

Giunti al Fushimi-Inari, l'ultima tappa del loro giro notturno, Uryu, Makoto e le sorelle Amagami si dividono in due gruppi per raggiungere il santuario in vetta. Un incidente imprevisto, però, catapulterà il ragazzo verso un vecchio ricordo d'infanzia a lungo dimenticato...

Nel passato, scopriamo che Reiko, motivata da Uryu, trova la forza per opporsi alla famiglia e vivere in libertà. Nel presente, mentre Uryu confessa a Yae di ricordarsi di averla già incontrata da piccolo, la ragazza inizia a maturare dei sentimenti più concreti nei suoi confronti.

Il festival del Tanabata è alle porte e, una settimana prima, c'è la maratona di Asahi. Purtroppo, il maltempo fa slittare la gara di una settimana, e le tre sorelle si ritrovano a partecipare a due eventi separati. Tutto sembra comunque filare liscio, finché poi, tutto d'un tratto, Uryu e Asahi si ritrovano coinvolti in un fenomeno inspiegabile...

Uryu e Asahi decidono di provare a partecipare al festival del Tanabata, anziché alla maratona. Riusciranno a sfuggire al loop?

Asahi, motivata da Karen, fa un ultimo sforzo per sottrarsi al loop. Uryu, intanto, trova una nuova soluzione per venirle incontro.

Le sorelle Amagami, temendo di intralciare Uryu, decidono di darsi da fare in casa. Nel ragazzo, intanto, si accende una rinnovata determinazione.

Yuna, febbricitante, viene allontanata dalle sorelle dalle mansioni del santuario. Al risveglio, lei e Uryu restano coinvolti in uno strano fenomeno.

Mitsuko inizia a sospettare di Yuna, o meglio, di Uryu nel suo corpo. Il ragazzo, invece, si rende conto di quanto poco sappia sulla giovane miko.

Spinta da Uryu, Yuna si apre sui propri desideri più reconditi. Il giorno del festival, però, la ragazza appare stranamente inquieta.

Shirahi, gelosa di Uryu, rivolge una preghiera al misterioso Santuario Kuragami, causando un miracolo inaspettato che cambierà la vita del ragazzo.

Intrappolato in un mondo parallelo, Uryu prova di nuovo a parlare con le tre sorelle miko per cercare di riprendersi ciò che ha perso.

Per venire a capo dello strano fenomeno e tornare alla normalità, Uryu decide di affrontare i sentimenti di Shirahi senza mezzi termini.

Grazie a Yomiko, Uryu e Shirahi scoprono come tornare nel loro mondo originale, ma c'è un prezzo da pagare...