《少女与战车 最终章》延续剧场版之后的剧情，话说到大洗女子学园-高中联队在与大学生选手强化队的切磋竞赛中胜出后，在’战车道联盟’的支持下终于免除了废校的危机，随后顺利地进入了校园生活的下一个阶段-‘升学测验’。
大洗女子学园的学生会因三年级生的引退而进行改组，由出自大家闺秀、亦是大洗主力战车的’四号战车’射击手-五十铃华来担任新任学生会长，并与诸位同车成员同心戮力，顺利地让学生会运作起来，然而，正当大洗女子学园百废待兴之际，却传出了一个震惊全校的传闻，也就是学生会的原副会长-河岛桃，竟然面临了没有大学录取的窘境。
为了让小桃能透过’战车道’的加分以进行推荐甄试，顺利进入大学就读，向来是’指挥之军神’的西住美穗，这回退居副队长一职，要辅佐小桃以傀儡队长的身份堂堂正正入主菁英中心… 的冬季战车道大会-‘无限轨道盃’。
大洗女子学园首战对上运用’法式战车’的BC自由学园，本来在前置调查时以为对手内部对立激烈，而且还是在去年就首战败退的队伍，却没想到今年在’玛丽大人’的居中调停下，非但化解了双方的矛盾，还反过来用内部不和的假情报将了大洗战车团一军，诱使其入绝败之地。
BC自由学园的战车团以玛丽为中心，指挥风格以一股从容不迫的气质加上出众的迂回迎击战术，让大洗战车团一度因轻敌而吃尽苦头，幸好在队友的灵机一动下，虽然以最少的代价脱离了被三面埋伏的态势，却仍得被迫以四六比的劣势展开反击。
与此同时，’支波单学园’也在同一组别进行另一场赛事，’支波单学园’以’日式战车’为主流，以向来一根筋的突击战术保持万年殿底的战绩，但是在大洗女子学园面临废校危机时仍义不容辞地助阵，在’大洗女子学园联队’VS’大学强化队’一战中，也以新领悟的伪装战术取得优于过去的战绩。
以此为契机，支波单学园彻底优化了以伪装、迂回伏击为核心的战术，成为了一支强悍的队伍，在’无限轨道盃’初战时，屌打了仍旧以为对手还会一根筋突击而轻敌的’无尾熊之森学园’。究竟大洗战车团在两位队长的带领下，在面对指挥能力不凡的BC自由学园以及实力雄起的支波单学园，是否还能保持连战皆捷的佳绩，并且使小桃脱离没有学校可升学的窘境呢…？