A história do filme desenrola-se na Europa onde Yoshika Miyafuji que perdeu os seus poderes na última missão das Strike Witches estuda para se tornar médica.
Kiritsugu e o jovem Shirou buscam uma forma de salvar o mundo, mesmo que isso signifique sacrificar alguns poucos pelo bem maior. Durante uma enorme catástrofe que engoliu Fuyuki, os dois encontram o último verdadeiro milagre da humanidade: a Criança de Deus. Dizem que as Crianças de Deus tem o poder de realizar qualquer desejo, mas seus poderes desaparecem com o passar dos anos. Numa guerra contra o tempo, Kiritsugu tenta encontrar a forma de utilizar a Criança, mas acaba tendo que deixar essa tarefa com o seu filho Shirou. Anos depois, os dias de felicidade na vazia Fuyuki chegam ao fim quando um ritual de matança recomeça após a Criança de Deus ser capturada: A Guerra do Cálice Sagrado. Tendo perdido tudo, Shirou está pronto para sacrificar seus ideais e todo mundo para recuperar a ferramenta de desejos onipotente… não, para resgatar a sua amada irmã.
Dois anos atrás, Junichi Tachibana tem seu coração partido por uma menina que faltou ao encontro com ele na véspera de Natal. Agora, um estudante do segundo ano do ensino médio, Junichi está desconfiado de amor por causa de seu passado e não gosta de comemorar o Natal. No entanto, este Natal, o encontro com uma das seis meninas de sua escola, Haruka Morishima, Kaoru Tanamachi, Sae Nakata, Ai Nanasaki, Rihoko Sakurai, ou Ayatsuji Tsukasa vai finalmente abrir seu coração para amar novamente.
Illyasviel von Einzbern é uma típica estudante do Instituto Homurabara que tem uma quedinha por seu cunhado. Certa noite, uma varinha de condão chamada Kaleido Ruby cai do céu em sua banheira e a faz assinar um contrato, e agora ela deve colecionar sete cartas que contém os espíritos de heróis lendários.
O anime conta sobre um jovem professor que entrou para dar aula na turma 1 da 3ª série. O problema é que esta classe é problemática, tendo casos passados de professores intimidando os alunos e vice-versa. Por causa desse trauma, o coitado do professor acaba sendo o alvo dos alunos, principalmente da Rin, uma garota que tenta seduzi-lo.
O ano é 1939 - foi quando os Neuroi apareceram. Ninguém sabia de onde eles vieram ou o que pretendiam, mas o fato era que seus ataques expulsavam as pessoas de suas terras e cidades. Em ordem para obter armamento contra eles, a humanidade criou uma nova arma anti-Neuroi chamada unidade Striker. Usando o poder da magia para lutar contra os monstros, este novo dispositivo melhora e amplifica o poder de garotas com poderes mágicos. Para usar este dispositivo, jovens bruxas de todo o mundo são reunidas para formar uma força-tarefa de elite chamada "501ª esquadra de caça conjunta", popularmente conhecida como "Strike Witches".