Sinopsis Soukou Musume Senki/装甲娘戦機/LBX Girls: Riko Morisawa, seorang gadis muda dari Tokorozawa, melakukan perjalanan ke Tokyo bersama temannya Mana. Saat mereka berkeliaran di sekitar toko-toko di Ikebukuro, Riko melihat papan iklan tentang acara yang berkaitan dengan rangkaian mainan Little Battlers eXperience (LBX). Mana mendesak Riko untuk membelinya, dan meskipun awalnya menolak, Riko segera menyediakan beberapa perlengkapan LBX untuk ayahnya.
Saat membuka salah satu kotak berlabel “LBX Assassin”, keretakan sementara muncul dan membawa Riko ke langit Jepang alternatif. Saat dia jatuh dengan kecepatan terminal, sebuah exosuit berdasarkan LBX Assassin muncul di sekelilingnya, menyelamatkannya dari penurunan. Namun, di lapangan, dia bertemu dengan Mimesis, makhluk logam mematikan yang menyerang dunia demi dunia. Saat dia melarikan diri dari monster-monster ini, Riko diselamatkan oleh empat gadis lain yang dilengkapi LBX. Setelah mengetahui kesulitan Riko, kelompok tersebut memutuskan untuk merekrutnya ke dalam unit tempur mereka—”Soukou Musume.”
Soukou Musume Senki menceritakan bagaimana unit tersebut menanggung cobaan dan kesengsaraan yang mereka hadapi, mengembangkan ikatan yang tidak dapat dipatahkan di sepanjang perjalanan.
