宇宙世紀0096年1月1日，一年戰爭結束紀念式典在Side 7的殖民地舉行。為配合這場活動，仿照白色基地（ホワイトベース）所打造的多用途運輸艦「安瓦爾號」（アンヴァル）自地球載來了受邀的少年學校學生們。對冗長典禮感到無聊的學生們，包含主角山·普雷斯（サン・プレース），偷偷離開了會場，誤入一般人禁止進入的區域，並在那裡遇見了三台MS——其中之一為高性能機體「鋼彈G-First」，以及駕駛員喬里昂·戴伊（ジョリオン・デイ）等人。
同一時間，乘坐穆薩伊級輕巡洋艦「梅爾梅爾號」（メイルメル）的一支吉翁殘黨小隊，打算將安瓦爾號作為見面禮，獻給自稱「帶袖的」（袖付き）的新吉翁殘黨，並因此展開襲擊。這場攻擊也成為在艦上出生長大的年輕駕駛員甘茲・蘭（ガンズ・ラン）的初陣。然而，就在安瓦爾號出港、學生們正進行太空漫步體驗之際，戰鬥爆發，情勢失控。學生們緊急撤離，但山的安全繩意外脫落，被困於宇宙中。正在參與戰鬥的甘茲發現了山的危機並成功將他救下。G-First與搭檔機「加農鋼」（キャノンガン）成功擊退MS部隊，然而，一台神祕的金色MS——「獨角獸鋼彈3號機 鳳凰」（フェネクス）突如其來，無差別攻擊，甚至擊墜了搭載學生們的太空艇。
鳳凰與G-First交戰時，進入名為「Unchained」的暴走狀態，但最終在G-First與其支援單位GF-Tank合體成的「G-First DX」面前失去機能。隨後，神祕的新生部隊「弗雷斯貝爾克隊」（フレスベルク）介入，回收了鳳凰。
同時，在帶袖的部隊的據點帕拉奧（パラオ），指揮官傅爾·弗朗托（フル・フロンタル）得知有大量吉翁殘黨希望加入他們，遂下令組建以運輸艦「布蘭達穆爾號」（ブランダムール）為母艦的調查部隊，參與者中包括曾與聯邦軍雷文隊（レイヴン隊）及初代弗雷斯貝爾克隊一同作戰的駕駛員——魯加・魯烏（ルガー・ルウ）。
另一方面，一名對安瓦爾的戰鬥過程進行監視的情報官洛克・霍ーカー（ロック・ホーカー）推斷，鳳凰的出現與船上擁有新人類資質的孩子們有關，便計畫將他們作為「樣本」捕捉。
安瓦爾被拒絕靠港，只能接獲命令返回地球。在前往補給的拉比安羅斯級（ラビアンローズ）太空船塢時，遭到傭兵襲擊。雖然勉強擊退，但新生弗雷斯貝爾克隊再度現身，隊長瑟奈德·蓋爾（ゼナイド・ギャル）駕駛原型ΖΖ鋼彈，使用高出力光束砲將拉比安羅斯一分為二。她主張為了保護平民而要求同行，但艦長丹·柯爾頓（ダン・コルトン）拒絕，並成功運用MS部隊實施煙霧戰術脫逃。
數日後，已成為通緝對象的安瓦爾艦抵達接納所有船隻的殖民地「香格里拉」（シャングリラ）。這裡正舉行非法MS對戰賭博賽「Battle Rave」。為了籌措GF-Tank的修理費，山等人聯手前鋒隊的比查·奧雷古（ビーチャ・オーレグ）與艾爾·比安諾（エル・ビアンノ），偷出G-First與加農鋼參賽。雖被喬里昂他們搶回控制權並合體為G-First DX，卻無法阻止比賽開始。對手竟是為了籌錢購買薩克III改（ザクIII改）而參賽的甘茲。
此時，布蘭達穆爾隊與新生弗雷斯貝爾克隊也於附近宙域交火。魯加與瑟奈德在交戰中察覺彼此竟是來自相同基因的「複製新人類」，魯加嘗試勸服對方，並獲得共鳴。但洛克迅速放棄瑟奈德，派出由「另一位瑟奈德」駕駛的強力MS「XANADU（ザナドゥ）」。山與甘茲等人透過瑟奈德留下的突破口參戰，卻無法對抗XANADU壓倒性的力量，G-First與加農鋼的球形駕駛艙被奪走，喬里昂與艾爾等人被俘。
安瓦爾洗清嫌疑後準備返回地球，梅爾梅爾號與布蘭達穆爾號為營救被俘者前往月背的奈特羅研究設施。丹、比查、山、瑟奈德也一同加入行動。他們與奈特羅部隊展開激戰，部隊成員包括受奈特羅影響的喬里昂與菲尼克斯。敵人戰力壓倒性強大，但在伊恩·魯德（イング・リュード）殘存思念的引導下，初代弗雷斯貝爾克隊與雷文隊也參戰。甘茲與魯加成功讓菲尼克斯停機，而洛克駕駛XANADU則被布雷亞·魯德（ブレイア・リュード）所駕駛的鋼彈Delta Kai擊敗，「奈特羅」事件終於落幕。
時光流轉至宇宙世紀0105年，地球舉辦一年戰爭終戰25周年紀念式典。已成長的山與昔日同窗、還有甘茲等人齊聚會場，當年搭載於安瓦爾的三台MS與所有船員也重新聚首，共同見證歷史的延續。
