C.E.73年,隨著「破碎的世界(ブレイク・ザ・ワールド)」事件爆發,突破大氣層的尤尼烏斯7號墜落事件(ユニウスセブン)碎片如流星雨般墜落至地球各大城市,造成毀滅性災難。趁此混亂,各地爆發恐怖攻擊,地球聯合軍疲於應對。而此時,D.S.S.D(深宇宙探查開發機構)的賽雷妮·馬克古里夫(セレーネ・マクグリフ)為中心所開發的行星間探查用MS「觀星者鋼彈(スターゲイザー)」正式啟航前往宇宙。
同一時間,聯合軍新型驅動電腦開發基地也遭受MS部隊襲擊。隸屬幻痛部隊(ファントムペイン)的華金小隊(ホアキン隊)派出史溫·卡爾·巴揚(スウェン・カル・バヤン)駕駛的漆黑攻擊(ストライクノワール)、穆蒂·霍科洛芙特(ミューディー・ホルクロフト)駕駛的蔚藍決鬥(ブルデュエル)、以及沙姆斯·科薩(シャムス・コーザ)駕駛的翠綠暴風(ヴェルデバスター)前往鎮壓。隨後,華金小隊根據情資展開掃蕩,無論平民或難民皆攻擊協助藏匿恐怖分子的協調者難民營。
幻痛部隊持續轉戰,在護送毀滅鋼彈(デストロイ)前往柏林的任務中,華金隊與札夫特交戰,最終穆蒂戰死。另一方面,D.S.S.D也順利完成了觀星者與推進裝置光之馬車(ヴォワチュール・リュミエール)的測試。
隨著吉布里爾(ロード・ジブリール)逃亡,戰況對幻痛愈發不利,為扭轉劣勢,他們突襲D.S.S.D,企圖奪取星辰之門所搭載的無人操控AI系統。面對強襲諾瓦與綠破壞者,D.S.S.D出動民用異端鋼彈DSSD型(シビリアンアストレイD.S.S.Dカスタム)應戰,但全無還手之力。就在此時,換裝為有人駕駛規格的觀星者出擊,與漆黑攻擊交戰,並運用光之馬車性能展現壓倒性實力。
同時,綠破壞者因能源耗盡停止運作,遭到民間型天劍集中砲火擊破。 賽雷妮駕駛觀星者成功捕捉漆黑攻擊,並借助D.S.S.D位於特洛亞基地的人工衛星「阿波羅A(アポロンA)」發射推進光束,大幅強化光之馬車的推進力,將觀星者與敵機一同甩向金星圈。此外,阿波羅A也發射光束擊沈了幻痛的母艦「納那巴爾克(ナナバルク)」。
在加速過程中失去意識的史溫與賽雷妮於金星圈甦醒,隨後共乘星辰之門踏上歸返地球圈的旅程。為節省機內氧氣,史溫進入冷凍睡眠(コールドスリープ),在沉眠之中,他看見了自己的童年與已逝戰友們的身影,如同走馬燈般浮現眼前。