九月三十日──季節變化終於來臨的學園都市。菁英大小姐學校．常盤台中學的等級5超能力者御坂美琴無視於周遭忙碌的氣氛，站在音樂廳前的廣場。她正在等人。但是應該接受懲罰遊戲的「那個少年」卻沒出現。美琴嘆著氣，抱著扁扁的書包跟小提琴盒一直等著那傢伙到來──當上条當麻與御坂美琴交會時，有關懲罰遊戲的學園愛情故事會就此展開!?

連續七天舉辦的「大霸星祭」。囊括營運委員吹寄制理、身穿啦啦隊制服的月詠小萌、名門大小姐學校的御坂美琴等學園都市全部師生的超大規模活動。其間，某項事物卻對這個活動造成了波紋。「使徒十字」的存在，將輕易破壞對上条而言重要人們的夢想……！於是上条當麻行動了。為了取回大家期待已久並樂在其中的「大霸星祭」。當科學與魔法交會時，故事就此展開──！

由傳說的魔法師所記述，可以召喚天使的驚異魔道書「法之書」，與熟知解讀法的修女一起遭到擄走。對於在學園都市過著懶散日常生活的上条當麻而言，這根本是風馬牛不相及之事－－原本應該如此，但卻「不幸」的因為某些原因，讓他加入了搶救作戰……而且擄人的嫌犯還是「天草式十字淒教」，也就是神裂火織擔任女教皇的宗派……！茵蒂克絲所屬的「英國清教」、這次的委託人「羅馬正教」、以及過去神裂火織曾經君臨的「天草式」。當這三個魔法組織與上条當麻交會之際，故事就此展開－－！

上条當麻獲得了學園都市的外出許可，與家人一同來到了海邊度假勝地。但是這時怪事發生了，母親成了茵蒂克絲，茵蒂克絲成了藍髮耳環，神裂火織成了史提爾，史提爾成了海邊大叔，御坂妹妹成了海邊大叔的兒子，御坂美琴成了當麻的妹妹!?為什麼會這樣？原因似乎是「某種魔法」！神秘魔法「天使墜落」正以上条當麻為中心向外展開──!?

在連續七天舉辦的「大霸星祭」後，上条當麻卻以幸運入場者關係，獲得了前往北義大利七天五夜旅行的資格。這意外的幸運讓上条與茵蒂克絲都非常高興，舞台也轉移到義大利的水都威尼斯。這次的義大利假期是否能讓上条擺脫不幸的霉運？

這裡是令所有學園都市女學生們，稱羨不已的貴族女校常盤台中學。想當然爾，這裡的學生都是「千金大小姐」。「千金大小姐」之一御坂美琴上完了體育課，來到浴室沖澡。這時，隔壁傳來了少女的說話聲。白井黑子。身為維護學園都市治安的「風紀委員」，同時也是擁有空間移動能力的等級4大能力少女。她邀約美琴放學後一同逛街購物。──就這樣，黑子的漫長一日開始了。在這漫長的一日中，黑子輕輕揭開了姊姊御坂美琴的神秘面紗……當「姊姊」與「那位先生」交會之際，白井黑子的故事就此展開!?