學園都市中最盛大的活動「大霸星祭」。這是位於超能力開發機構學園都市的所有學校，所共同舉辦的超大規模運動會。上条當麻當然也參與了這項活動。但他的「不幸」依然健在，不但被肚子餓的茵蒂克絲咬，遭到大霸星祭營運委員吹寄制理譴責，還在比賽中被御坂美琴放電攻擊……!?就在這時，某個魔法師為了神秘靈裝「刺突杭劍」而潛入了學園都市。歐莉安娜‧湯森。魔法業界的著名「送貨人」，人稱「追蹤封鎖」的她，到底有何目的？

8月31日。一方通行在路上與一個奇異的少女相遇。而且好像在哪裡見過她──御坂美琴這天在宿舍前遇到一個男生，對方竟表示要跟她約會──至於上条當麻在同一天，則是有預感一天的不幸即將開始。因為他發現暑假作業根本還沒寫──8月31日，學園都市的暑假最後一天，他們各自的故事揭開了序幕…

在「三澤塾」裡有一名巫女遭到了囚禁。主謀者看來是會使用魔法的人物。上条當麻在聽了魔法師史提爾的說明後，卻很乾脆的點頭應允。但史提爾原本的來意，竟然正是為了要上条與他同行。於是，兩人走向了一座在夏日豔陽中矗立的詭異大樓。 魔法師、吸血鬼殺手、禁書目錄，以及上条當麻。 當所有支線交會之際，故事就此開始……

某個夏日黃昏，在補習回來的路上，投銅板買果汁卻被自動販賣機吃錢的上条當麻又開始感慨自己的不幸，但這時他卻被「放電國中妹」御坂美琴給叫住。然而更讓上条驚訝的是，美琴居然還有一個長相一模一樣的妹妹！這三個人的相遇，卻也揭開了一件由超能力者所引發的殺戮慘劇事件序幕…

纯白的修女从天而降，来到自己房间。 “这怎么可能啊……” 上条当麻低语着。但那名修女装扮的少女却表示，她是从魔法的世界逃到这里来的。 这里是将“超能力”认知为“一般科学”的反超自然学园都市。 上条对这个自称“禁书目录”的神秘少女言行相当怀疑。然而真正的魔法师，却在两人面前出现了……