アバンタイトル（第3の使徒戦）
旧北極のNERV基地「ベタニアベース」において、捕獲され実験に使われていた第3の使徒が封印から目覚め、暴れだす。これに対し真希波・マリ・イラストリアスが乗るエヴァンゲリオン仮設5号機が出撃。仮設5号機は大破しつつも第3の使徒を倒すことに成功するが、使徒のコアを破壊した直後、マリを脱出させた上で自爆する。 A・Bパート（第8の使徒戦まで）
（ここで舞台は日本に戻る） 父・碇ゲンドウとともに亡き母・碇ユイの墓参りに訪れた主人公・碇シンジは、葛城ミサトの車で帰る途中、海上を歩行する第7の使徒を目撃する。そこに、上空で輸送機から放たれたエヴァンゲリオン2号機（搭乗者：式波・アスカ・ラングレー）が現れ、空中戦を繰り広げ難なく使徒を撃破する。
2号機とともに来日したアスカは、シンジと同じくミサトの家に同居し、同じ中学校に通うことになる。しかし、「自分はひとりで生きる」と固く決意するアスカはシンジや綾波レイ、他のクラスメートともなかなか打ち解けない。
ゲンドウと冬月コウゾウが建造中のEVANGELION Mark.06（6号機）の視察のためゼーレの月面基地「タブハベース」へ赴くが、二人が地上へ帰還する前に、衛星軌道上に第8の使徒が出現、NERV本部への落下攻撃がほぼ確実と判明する。代理の指揮権をもつミサトは、エヴァ初号機（シンジ）・零号機（レイ）・2号機（アスカ）の3機によって受け止める迎撃作戦を立案、実行に移す。落下地点に最初に辿り着いたのはシンジの乗る初号機で、続いて到着した零号機・2号機とともに使徒を倒した。シンジは作戦後ゲンドウから褒められたことに喜びを感じ、使徒を一人で倒せなかったことでプライドが傷ついたアスカも、シンジをパイロットとして認め、これ以降は次第に打ち解けていく。また、感情を表現するということを知らなかったレイも、シンジとの交流の中で「心が暖かくなる」ということを発見し、ゲンドウとの和解に向けて積極的に動き始める。 Cパート（第9の使徒戦まで）
NERVの北米第2支部で試験中のエヴァ4号機が支部を巻き添えに消滅し、その事故を受けて、同じくアメリカで開発されていた3号機が急遽日本に移送されることになった。3号機の起動実験ではレイとアスカがパイロット候補となったが、起動実験の日と、レイがシンジとゲンドウの和解のため企画している食事会の予定が重なっていることに気付いたアスカは、自らテストパイロットに志願する。
実験当日、アスカの乗った3号機の起動実験が開始されるが、3号機には使徒が侵入しており暴走、周囲を吹き飛ばす大爆発を起こす。ゲンドウはエヴァ3号機を第9の使徒として処理することを決定、第8の使徒戦時の損傷の修理が済んでいない零号機を待機させ、シンジの初号機のみを出撃させる。しかしシンジは3号機にまだアスカが乗っていることを知り、戦闘を拒否したため、ゲンドウは初号機の制御を無人操縦システム「ダミーシステム」へ切り替えさせる。ダミーシステムに切り替えられた初号機は3号機を徹底的に破壊。シンジは必死に止めようとするも、初号機は使徒のコアを、アスカの乗った操縦席（エントリープラグ）ごと噛み砕いた。 Dパート（第10の使徒戦まで）
アスカは一命を取り留めたものの使徒による精神汚染が疑われ、「貴重なサンプル体」として隔離される。激高したシンジはジオフロントを半壊させるが無力化され拘束。その後パイロットを辞め、ミサトの家を出るが、新たな使徒（第10の使徒）の出現のためジオフロント内のシェルターへと避難させられる。マリがエヴァ2号機に乗ってジオフロント内に侵入した第10の使徒を迎撃。しかし第10の使徒の強力なA.T.フィールドに阻まれ太刀打ちできず、2号機を獣化第2形態へと変形させ肉薄するが、返り討ちにあう。次にレイが零号機でN2航空誘導弾を抱えて自爆攻撃を仕掛けるが、使徒がコアを瞼のようなもので防御したため失敗する。2号機が倒れこんだシェルターにいたシンジを、マリは2号機の手で外に連れ出す。そこでシンジが見たものは、使徒がレイの乗る零号機を一瞬で捕食する光景であった。これを見たシンジはNERV本部へと走り、なぜ戻ったと問うゲンドウに、自分は初号機のパイロットだと答える。
零号機とレイを吸収した第10の使徒は人型に変形、メインシャフトを降下しミサトらのいる第一発令所を襲撃する。そこにシンジが乗った初号機が現れジオフロント地表まで戻すことに成功するが、内部電源が切れ活動を停止してしまう。しかし、シンジの叫びとともに再起動した初号機は「神に近いもの」（疑似シン化第1覚醒形態）へと変貌を遂げる。シンジはその力をもって使徒を圧倒し、使徒に吸収されていたレイを救い出す。初号機は光の巨人（疑似シン化第2形態）となりサードインパクトが始まろうとする。
ポスト・クレジット・シーン。月面から渚カヲルの乗るエヴァMark.06が飛来し、カシウスの槍で初号機のコアを貫いてそれを食い止めた。
