公元2067年，以银河系边界星系为中心的“瓦尔”综合征由于自我的丧失和能力的极端破坏而逐渐扩大。意识到情况严重性的星际复合企业组织将女子“战术音乐组合Walküre”与“女武神部队”联合起来进行联合行动，以缓解这种症状。
一所平凡的女子高中，新学期伊始，三个女孩相聚在同一班级。拥有茶色头发的天谷奏香（中岛唯 配音），性格无比活泼，想象力超级丰富，喜欢给自己和他人其各种各样的名字，略微带着点儿招人烦的中二病气质；身材高挑染着金黄色头发的岩泽彩生（饭田友子 配音），与奏香是相识多年的青梅竹马 ，但是性格却截然相反，有着与年龄不相匹配的成熟和沉稳；一头黑色秀发的上原步子（田村奈央 配音），永远一副乖乖女的模样，看起来是三人组中最正常的一个。稀松平常的女高生活，小小情趣点缀着女孩们的青春岁月…… 本片根据茶麻创作的四格漫画改编。
在之后的记者招待会上，铃木宣布将联系分散在世界各地收藏家手中的向日葵画作集结在日本，举行一次梦幻展览。为此，他聘请毛利小五郎（小山力也 配音）、展览企划负责人圭子•安德森（榊原良子 配音）、画作鉴定师宫台夏美（荣仓奈奈 配音）等七位专家组成“七武士”团队为展览保驾护航。谁知怪盗基德（山口胜平 配音）从一开始便锁定该画作，他不仅大闹会场，还为了抢夺画作而险些炸毁运送专机。 随着画展日期的临近，柯南（高山南 配音）与伙伴们必须尽快越过一座座难以想象的险峰……
