สาวน้อยจอมเวท นาโนฮะ 6 ปีผ่านไป พันโทยางามิ ฮายาเตะ ได้ก่อตั้งหน่วยแผนกปฏิบัติการที่6 ขึ้นมาเพื่อรับมือกับเหตุการณ์ที่เกิดจาก ลอสโลเกียร์ปริศนา เรลิค โดยมี นาวาอากาศเอกทาคามาจิ นาโนฮะ มาเป็นครูฝึกประจำหน่วยเพื่อฝึกให้กับเด็กใหม่ได้แก่ ซึบารุ นาคาจิมา เด็กที่นาโนฮะช่วยเคยช่วยชีวิตไว้ เทียน่า แลตเตอร์คู่หูของซึบารุ คาโร รู ลูเชีย นักอัญเชิญมังกรและเอริโอ มอลเดียลเด็กในความดูแลของเฟท และอันตรายครั้งใหม่ได้เกิดจากฝีมือ เจล สกาลิเอ็ตตี้ อาชญากรต่างมิติ กับ 12 มนุษย์จักรกลสงคราม และวีวีโอ้ลูกสาวบุญธรรมของนาโนฮะคือปริศนาที่ต้องไขให้ได้