第一部
西暦2061年。経済政策の失敗と少子高齢化の進行によって日本は破綻し、経済支援や治安維持を名目に「北米同盟」「大ユーラシア連邦」「アジア自由貿易協商」「オセアニア連合」という4つの主要経済圏が介入した。やがて日本列島では「境界戦」と呼ばれる国境紛争が勃発し、その結果、日本は4つの地域に分割統治されることになる。日本人は支配下に置かれ、抑圧された生活を強いられていた。さらに日本は、各経済圏が投入した人型特殊機動兵器「AMAIM（アメイン）」が行き交う、世界最前線の戦場となっていた。
オセアニア連合の支配地域に暮らす機械好きの少年・椎葉アモウは、AMAIMの残骸から廃パーツを集め、山中の廃工場に隠されていたAMAIM「ケンブ」を整備することを趣味にしていた。そんなある日、山の中で「I-LeS（アイレス）」と呼ばれる自律思考型AIのガイと出会い、彼を助けることになる。その後、アモウのパーツ集めがオセアニア連合の軍人に知られ、テロリストの疑いをかけられてしまう。だがガイの助けによって組み上げられたケンブに乗り込み、逃走の末にレジスタンス組織「八咫烏」と合流する。そして、同じく自律思考型AIを搭載したAMAIM「MAILeS（メイレス）」を操る鉄塚ガシンや紫々部シオンらとともに、失われた日本を取り戻す戦いに身を投じる決意を固める。
八咫烏に加わった後、アモウはガシンが「ゴースト」と呼ばれる所属不明のAMAIMを追っていること、そしてそのゴーストがかつてガシンの父を殺した存在であることを知る。まもなくゴーストは彼らの前に姿を現し、八咫烏は犠牲を出しながらも何とかこれを退ける。しかし撤退したゴーストは自己修復と進化を遂げ、次には北米同盟のブラッド・ワット率いる部隊と交戦し、隊員を1人殺害したのち隠岐の島へと逃走する。
屈辱を味わわされたブラッドはゴーストの捕獲を企て、八咫烏と再び戦わせることでその目的を果たそうとする。彼は観光客を装ってアモウたちに接触し、ゴーストが隠岐の島にいるという情報を流す。アモウ、ガシン、シオンはその策を承知のうえで隠岐の島へ向かい、ゴーストの弱点を突いて大破させることに成功する。だがその際、ゴーストの逃走を食い止めたアモウは爆発に巻き込まれ、生死不明となってしまう。やがてゴーストの残骸は北米同盟の捜索隊によって回収され、ブラッドは目的を達したうえで、「次は私がお前を使う番だ」と不敵な笑みを浮かべるのだった。
第二部
ゴーストとの激闘から約8か月後、西暦2062年。AMAIM用の自律思考型AI開発にいち早く成功した北米同盟は、日本国内で急速に支配権を広げていた。アモウを欠いた八咫烏の面々は、補給不足に苦しみながらも懸命に抵抗を続けていたが、北米同盟が避難民に紛れ込ませた内通者の手引きによって包囲され、窮地に陥る。そこへ、行方不明だったアモウが新たな乗機「ケンブ斬」とともに現れ、さらにガイたち自律思考型AIを開発した企業「トライヴェクタ」の代表・槙ミスズも合流したことで、八咫烏は危機を脱する。
その後、八咫烏の一行は、ゴーストに搭載されていたAIユニット「プロトタイプ・ゼロ」こそが自律思考型AIの原型であり、ガイたちはそれをもとに作られた兄弟機であることを知る。また、八咫烏に協力していた「ブレンゾン社」が、トライヴェクタから貸与されていたプロトタイプ・ゼロを無断使用してゴーストを作り上げていたこと、さらに一連の騒動の裏で暗躍していたのがブレンゾン社の営業マン、ジェルマン・ゴベールであったことも明らかになる。同じ頃、プロトタイプ・ゼロを手に入れたブラッドは、自身専用の新型機「ブレイディファントム」を完成させ、目的達成のためジェルマンと手を組んで動き始めていた。
一方、北米同盟を除く各経済圏は、日本政府を取り込んでいる北米同盟に対抗するため、北陸地方を中心とした日本列島の一部を日本人へ返還し、「新日本協力機構」という第二の日本政府ともいえる組織の設立を進めようとしていた。そして八咫烏の代表・宇堂キリュウに協力を打診する。宇堂がこれを受け入れたことで機構は正式に発足し、北米同盟との停戦交渉が行われることになる。だが、その交渉の場で北米同盟のロイ・ウォーカー議員狙撃事件が発生し、停戦交渉は中止。情勢は一気に悪化し、北米同盟と新日本協力機構の全面戦争へと突入する。北米同盟軍は総司令エドガー・フリーマンの来日により大軍を動員し、対する新日本協力機構は八咫烏と各国軍を合わせた「新日本軍」を結成して迎え撃つ。
新日本軍は3機のMAILeSの活躍と各国軍の奮戦によって北米軍と互角に渡り合う。しかし、ブラッドのブレイディファントム参戦に加え、ゴーストをベースにしたAIを搭載する無人機群の物量によって、次第に北米軍が優勢となっていく。それでもミスズがI-LeSをもとにしたAIを無人機へ導入し、戦況は再び動き出す。さらにアモウは激戦の末にブラッドを撃破し、背任行為を働いていた北米軍のジョウ・スピアーズと、その協力者ジェルマンも拘束される。こうして戦闘は終結する。日本を取り戻す戦いそのものはまだ終わっていないが、アモウ、ガシン、シオンはそれぞれの進むべき道を選び、新たな一歩を踏み出していく。
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