一年戰爭結束後，七年過去來到了宇宙世紀0087年。儘管地球聯邦軍在實質上取得了對吉翁公國軍的勝利，吉翁公國軍殘黨仍持續對聯邦軍展開抵抗。聯邦軍准將（後來晉升為大將）賈米托夫·海曼以吉翁殘黨的威脅為由，成立了專門狩獵吉翁殘黨的特殊部隊「迪坦斯」。迪坦斯不僅對付吉翁殘黨，還對抗殖民地的反地球聯邦運動。提坦斯的巴斯克·歐姆大佐在反聯邦集會的Side 1的30班芝殖民地使用毒氣屠殺居民（30班芝事件），並通過信息控制隱瞞事實。面對這些行動，聯邦軍的布雷克斯·弗拉准將組建了以反感提坦斯的聯邦軍官兵為主的反地球聯邦組織「幽谷」。幽谷得到了以阿納海姆電子公司為中心的月面城市馮·布朗軍事工業的資金和物資支持，包括新造戰艦阿卡馬。
從小行星阿克西斯返回地球圈進行偵察並潛入聯邦軍的夏亞·阿茲納布爾，以克瓦特羅·巴吉納大尉的身份加入了幽谷。
迪坦斯計劃將新建的Side 7格林諾亞作為軍事據點，秘密開發聯邦軍象徵性的鋼彈後繼機。曾經阿姆羅·雷和白色基地隊成員生活的殖民地被重建為格林諾亞1號，並命名為綠色綠洲。本作的主人公卡密兒·維丹與青梅竹馬的花·園麗一起生活在此。卡密兒的父母是新型鋼彈開發計劃的技術人員，但卡密兒對父親的不忠和母親對工作投入的無視感到煩惱。卡密兒與花為了見到他尊敬的布萊特·諾亞來到宇宙港，但遇到了迪坦斯的新進軍官傑利特·梅薩。被取笑名字的卡密兒憤怒地襲擊了傑利特，因而被逮捕。但在訓練飛行中的鋼彈Mk-II墜落時趁機逃脫。另一方面，執行軍事基地偵察任務的夏亞單身潛入了殖民地。夏亞得知Mk-II的存在後決定奪取機體，與兩名部下駕駛力克·迪亞斯再次潛入。卡密兒趁亂逃脫並奪取了Mk-II，並壓制了前來救援傑利特的卡克利肯·卡克拉的機體。夏亞判斷卡密兒無敵對意圖，帶著卡密兒和兩台Mk-II逃離了綠色綠洲。由此，幽谷與迪坦斯全面交戰。
為了奪回Mk-II，巴斯克施展卑劣手段導致卡密兒失去雙親，卡密兒對迪坦斯的反感和敵意加劇，決定成為Mk-II的專屬駕駛員。參與Mk-II奪回作戰的艾瑪因憤怒於提坦斯的暴行而叛逃至幽谷。布萊特在民間船艦「誘惑號」擔任艦長，後來在阿卡馬隊的援救下加入奧古，並從亨肯手中接任阿卡馬艦長。夏亞換乘在月球接收的新型機百式，負責指揮賈布羅降下作戰。
另一方面，從木星回來的帕普迪馬斯·希羅克因妨礙降下作戰有功而加入迪坦斯，並向賈米托夫宣誓效忠，逐漸成為重要人物。同時，與小行星阿克西斯一同返回地球圈的哈曼·坎恩以米涅瓦·薩比為傀儡，作為她的攝政掌控局勢，作為第三勢力介入幽谷和迪坦斯的爭鬥，並戲弄雙方。
在這樣的背景下，經歷過無數次因名聲和過去而遭受痛苦的夏亞，作為被暗殺的布雷克斯的繼任者揭示了自己的身世，並成為軍隊的領袖而深感苦惱。卡密兒通過與人工強化人類的接觸和無數悲劇的經歷覺醒為新人類，並獲得了新型機Ζ鋼彈。希羅克通過一系列陰謀逐步增加勢力，最終通過暗殺賈米托夫掌控迪坦斯。哈曼則利用對夏亞的失戀為動力，企圖重建吉翁。圍繞著殖民地雷射炮格里普斯2，幽谷、迪坦斯和阿克西斯之間展開了三方混戰的生死鬥。
