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西住みほは大洗女子学院の転校生。実家を離れ寮暮らしを始めたばかり。クラスでもまだ友達もなくひとりで過ごすことが多い。そんなみほに声をかけてきたのが武部沙織と五十鈴華だった。３人はあっという間にうち解ける。そこに現れたのは生徒会長の角谷。「必修選択科目なんだけどさぁ……。『戦車道』取ってね、よろしく」。わざわざ戦車道がない大洗女子を選んだみほは困惑する。悩むみほをよそに戦車道のオリエンテーションが始まる。

戦車道をやることを選んだみほ。最初の仕事は、戦車道を選んだメンバー全員で学校周辺に放置された戦車を探すことだった。沙織と華と戦車を探すみほは、近くにいた優花里にも声をかける。戦車も無事揃い、メンバー全員で洗車をする。放課後も一緒に過ごした４人は、みほの部屋で夕食とともに食べるのだった。翌朝、みほは登校途中にいまにも倒れそうな女の子を発見する。彼女は成績トップだが遅刻常習犯の冷泉麻子だった。

戦車演習場でみほたちが操るIV号戦車がぶつかりそうになったのは麻子だった。なりゆきで戦車に麻子が乗り込んだ直後、IV号戦車は砲撃を受けて操縦手の華が気絶する。バレー部チームと歴女チームに狙われ絶体絶命の危機に、IV号戦車を操って見せたのは麻子だった。窮地をしのいだIV号戦車は反撃に転じる。校内練習試合が終わり、大浴場で初めての試合の感想を語り合うIV号戦車の面々。麻子の参加も決まり、５人で改めてポジションを決める。

大洗の郊外で始まった聖グローリアーナ女学院との試合。みほが考えた大洗女子の作戦は「こそこそ作戦」。「こそこそ隠れて、相手の出方を見て、こそこそ攻撃を仕掛けたいと思います」。偵察に出たIV号戦車は、聖グロリアーナの戦車隊を引きつけるため砲撃を仕掛ける。IV号戦車を追って迫ってきた聖グロ戦車隊を、一斉に迎え撃つ大洗女子の各チーム。しかし、実力差のため、逆に聖グロの一斉攻撃にさらされピンチに陥ってしまう。生徒会チームと１年生チームが脱落した時、みほが下す決断とは……

第６３回戦車道全国高校生大会がいよいよ始まる。みほが抽選で引き当てた１回戦の相手は、シャーマン軍団を率いる強豪サンダース大附属高校。抽選会後、みほたちが、戦車喫茶でお茶をしていると、黒峰森女学園の選手がやってきた。その中にいるみほの姉、まほ。「…まだ戦車道をやっているとは思わなかった」。黒峰森はみほがかつて通っていた高校。どうしてみほは黒峰森を去り、戦車道のない大洗女子に転校してきたのか・・・。 初戦が近づき様々な思いが交錯する中、みほは作戦を練る。

サンダース大附属との死闘は続く。相手のフラッグ車を撃破したほうがこの試合を制する。その時、みほが考えた作戦とは……。大洗女子の無線を傍受していたサンダース大附属のアリサは、大洗女子チームが高台に集結することを知る。だがケイたちが到着した時、そこには大洗女子の戦車はなかった。無線傍受を逆手に取った作戦だったのだ。そしてその直後、アリサの乗ったフラッグ車とバレー部チームが接触をしてしまう。

倒れた祖母のもとへと駆けつけた麻子。みほたちが遅れて駆けつけると、おばあはベッドに横になりながらも達者な口調で麻子やみほたちを叱りつけるのだった。お見舞いの帰り道、安心から寝付いてしまった麻子。みほはそこで沙織から、おばあが麻子の唯一の肉親であると教えられる。みほはその話を聞きながら、西住流の家元である自分の家族のことに思いを馳せる。そしてアンツィオ高校との二回戦に備え、新しい戦車探しが始まった。

プラウダ高校のカチューシャと聖グロリアーナ女学院のダージリンがお茶の時間を楽しんでいた。カチューシャは、ダージリンから大洗女子の隊長が、西住流の娘であると知って驚く。一方西住の家では、母しほが、戦車道を再び始めたみほの勝手な行動に怒っていた。準決勝出場を前に盛り上がる大洗女子の生徒たち。そんな中、みほは生徒会のメンバーに呼び出される。みほを待っていたのは、あんこう鍋だった。生徒会の狙いは……

プラウダ高校に包囲され、廃墟の中に追いつめられた大洗女子学園。メンバーの一部に「ここまで頑張ったのだから……」という空気が流れた時、生徒会長・角谷がこの大会で絶対に負けられない理由を明かす。衝撃の事実に寒さと飢えが加わり、士気のあがらないメンバー。その時、みほがとったのは思わぬ行動だった！ 期限の時間がきてプラウダ高校から降伏か否かを確認する伝令がくる。その伝令に対してみほは「最後まで戦います！」と宣言する。

辛くもプラウダ高校を下し、決勝進出を決めた大洗女子学園。その戦いを見たみほの母・しほは、みほの戦いを「邪道」と一蹴。黒森峰女学院の隊長まほに決勝戦では「王者の戦いを見せてやりなさい」という。一方、大洗女子は決勝戦に備えて、戦力の増強と各戦車の武装強化に余念がなかった。最後の練習を終えたみほたちは、みほの部屋で沙織お手製のカツを囲み食事をする。 そして決勝戦の会場は、戦車道の聖地・東富士。そこに黒森峰女学院の戦車が到着する。

黒森峰女学園と熾烈な戦いは続く。火力と数に勝る黒峰森に対抗するため、長期戦に持ち込みたい大洗女子。みほは地形的に有利な山の上に陣取るため「もくもく作戦」「パラリラ作戦」を連続して展開する。だが、それには動じず、正攻法で対抗する黒森峰。ようやく山の上に集結した大洗女子は、攻勢をかけ最終的に2台の黒峰森戦車を倒す。これで7対18。みほの繰り出す作戦が効果をあげ、試合の流れは大洗女子に傾いているように見えたが……。

黒森峰のマウスの圧倒的な力に押される大洗女子。だが、ここでマウスを倒さなくては、形勢の逆転はあり得ない。カメさん（生徒会）チーム、アヒルさん（バレー部）チーム、そしてあんこうチームは捨て身の作戦で挑む。果たして活路は開けるか。大洗女子の命運は!?