学園都市すべての学校が参加して7日間にわたって開催され、全世界にその様子が配信される『大覇星祭』。一大イベントを前に街中がお祭りムードの中、美琴と初春、佐天は『 残骸レムナント 』事件で重傷を負った黒子を見舞う。黒子は入院中にもかかわらず自分のせいで美琴が『大覇星祭』を楽しめないのではと気に病んでおり、3人は心配せずにはいられない。しかも黒子は早々に退院して『 風紀委員ジャッジメント 』の巡回に参加すると息巻いていると聞き、初春は黒子の分まで頑張らねばと張り切ることに。そんな日常の裏側では、『大覇星祭』の開会式で『 超能力者レベル５ 』に選手宣誓をさせようという企てが持ち上がり、さっそく7人への打診が試みられて……。

無事（？）開会式を終え、ついに始まった『大覇星祭』。またしても佐天はとある都市伝説――『 不在金属シャドウメタル 』の話を聞きつけてきて、黒子に大目玉を食らっていた。一方、美琴は本来なら黒子と一緒に出場するはずだったペア競技に、黒子本人の計らいによって婚后との風神・雷神コンビで出場することに。最初の競技となる二人三脚では、対戦校から激しくマークされながらも、能力の使い方に一日の長を見せつけて、さっそく大活躍する。そんな能力者同士が繰り広げる競技を学園都市内外の観客が楽しんでいる中、裏側でなにかを企むものの姿があった――。

偶然から美琴と間違われて、御坂妹は常盤台中学の選手としてバルーンハンターに参戦することになってしまう。能力者の質で勝る常盤台中学の面々は気合十分、競技開始直後から消極策をとる相手校を前に楽勝かと思われたが、なぜか次々に脱落者が出てしまう。それは相手校のブレーンである馬場の奇策だった。実は暗部組織『メンバー』の一員である彼は、ある任務のために常盤台中学の選手たちの詳細なデータを集め、綿密な対策を練っていたのだ。/そんな中、「とある」実験での経験を活かした御坂妹が快進撃。それに対して馬場は、「御坂美琴」を封じるための策をみなに伝え、自分の本来の目的を達しようと画策する――。

黒子に怒られたのもなんのその、都市伝説 『 不在金属シャドウメタル  』を求めて調査を続ける佐天。初春はウェブ上に不確かな情報ばかりが異常に多いうえ、佐天が見たというサイトの存在すら見当たらないことに違和感を覚える 。そんな初春の懸念をよそに、「陰謀」のニオイを感じた佐天は霧ヶ丘グラウンドの探索に向かってしまった。そんな彼女の背後に、防護服を着た複数の人影が現れ――。そんなトラブルもありつつ、一日の競技がすべて終わり、『大覇星祭』夜の華であるナイトパレードをみんなが存分に楽しんだ翌朝。美琴は湾内から体操服について尋ねられる。御坂妹の身になにか起こったのではないかという胸騒ぎを抑えられず、美琴は彼女の行方を追うことに――。

御坂妹を探す際の失策から、美琴は食蜂派閥と共に行動することを余儀なくされ、身動きが取れなくなってしまう。 しかも、頼みの綱になるはずだった黒子たちは、食蜂によって美琴との記憶を消されてしまっていた。焦る美琴だったが、続いて出場したペア競技・風船サンドで婚后に状況を説明し、協力を取り付ける。婚后はバルーンファイトに参加したのが、美琴自身ではないと気づいていたのだ。競技を終え、約束通りに御坂妹を探し始めた婚后は、彼女の倒れていた場所でその手がかり――黒猫を見つける。だが、引き続き御坂妹の手がかりを追う婚后へ『メンバー』の馬場が接触をはかり……。

『 妹　　達 シスターズ』確保に動いていた『メンバー』馬場の手により、傷つけられ、倒れ伏した婚后。その姿を見て、静かな怒りを湛えた湾内と泡浮が馬場の前に立ちふさがる。ふたりを侮って交換条件を持ち出した馬場だったが、交渉はすぐに決裂。馬場はT:GDを操り、湾内と泡浮の連携を分断しながら冷静に能力を分析し、有利に戦いを進めようと画策する――。一方、美琴は、負傷した婚后を運んで救急車で病院に辿り着いた佐天と遭遇。自身の見込みの甘さが招いた事態に激しい後悔と怒りを覚える。覚悟を決めた美琴は、食蜂派閥を振り切って敵のもとへと向かう――！

御坂妹の黒猫を『 読心能力サイコメトリー 』にかけ、手掛かりを探りあてた湾内たち。その情報を美琴に伝えるべく携帯電話を開いた佐天は、既に美琴の連絡先が登録されていたことに違和感を覚え、その事実を黒子に相談する。佐天から連絡を受けた美琴は、彼女たちとの合流地点へと急ぐが、その前に初春を人質にとった警策看取が現れる。『 妹達シスターズ 』、そして『 絶対能力進化 レベル６シフト』計画について口にする警策に警戒を強め、その背後に自分の追っていた存在――食蜂とは違うなにものかを見る美琴。動揺を抑えて初春を助けようとする美琴だったが、警策は美琴の母・美鈴も人質に取っていて――！

佐天の情報と、初春のパソコンに残された手がかりから、美琴は第二学区にある食蜂のアジトを突き止め、ついに彼女と対峙する。しかし食蜂の口から聞かされたのは意外な事実だった。御坂妹は彼女が保護していること、美琴の排除と『 妹達シスターズ 』の捜索をしている勢力があること、そして 『 絶対能力進化レベル６シフト 』計画の提唱者である木原幻生こそが今回の事件の黒幕であること――。ふたりの『 超能力者レベル５ 』は、つかの間の協力関係を築き、幻生のもとへと向かう――！

謎の少女を探っていた黒子が、ついにその正体を突き止める。警策看取――霧ヶ丘付属中学に在籍していた彼女の情報は、秘匿扱いとなっていた。『書庫（バンク）』の管理センターで詳しく調べたところ、警策は死亡扱いになっていたものの、その記録にはあやしいところが散見される。所員から聞かされた噂にさらに疑惑を深める黒子たちだったが――。一方、事件の首謀者である木原幻生を追っていた美琴と食蜂は、彼が訪れている会議場に向かい、その身柄を確保しようとしていた。それぞれの能力を活かして会議場内の探索を進めた美琴と食蜂。ついに隠れていた幻生を捕えることに成功するが――！

捕らえたはずの木原幻生は、彼の送り込んだ影武者だった。その事実に、食蜂は別の危険な可能性に気付き、即座に行動を開始する。襲撃を受ける食蜂のセーフハウス、想定外の事態によって塞がれる道――。食蜂が急ぎ、幻生が向かっているであろうその場所は、食蜂が幼いころに関わった、とある計画と関わりのある施設だった。当時、『才人工房（クローンドリー）』と呼ばれるその研究機関で能力開発を受けていた食蜂は、ドリーという少女と出会う。病気で機械の助けがなければ生きられず、仲の良い友だちと離れたばかりだというドリー。彼女のお守りを任された食蜂だったが、触れ合ううちに仲良くなり――。

『外装代脳（エクステリア）』の脳波を調律し、御坂妹のプロテクトを解いた幻生は、ミサカネットワークを掌握。天上の意志――「『絶対能力（レベル６）』にたどり着けるかどうか」という不気味な言葉とともに、対峙した美琴の能力を暴走させる。異形へと姿を変えた美琴は、何者かの声に導かれるまま、『窓のないビル』に最大出力の攻撃を加え――。極大規模の落雷に大混乱となる学園都市。それを見た食蜂が、上条が、第七位の『超能力者（レベル５）』削板が走る！　そして美琴が狙われていることを知った黒子は、初春と佐天のサポートを受け、現場へと急行する。そこにははたして、警策の操る人形の姿があり――。

異形へと姿を変えた美琴には、上条の右手も一時的にしか効果を表さない。それどころか、さらに姿を変え、力を増大させていくばかり。美琴に流れ込み続けるなにかを止めない限り、上条たちには足止めが精いっぱいで――。一方、能力の特性をついて警策の操る人形に対抗する黒子。その間に初春と佐天が警策自身のいるビルの特定に成功する。追い込まれた警策は、黒子を罠に誘い込む――。『外装代脳（エクステリア）』のリミッター解除コードを狙い、食蜂のセーフハウスを探し回る幻生。食蜂はあらかじめ仕掛けた数々のトラップでその動きを止めようとするが、『多才能力（マルチスキル）』で多数の能力を駆使する幻生にすべて切り抜けられてしまう。ギリギリの攻防の中、食蜂はとある仕掛けを使い、最後の賭けに出る――！