Em um mundo alternativo na década de 1940, criaturas misteriosas chamadas Neuroi atacam a humanidade. Para combatê las, jovens garotas com poderes mágicos usam dispositivos especiais que lhes permitem voar e empunhar armas pesadas. Conhecidas como Strike Witches, elas formam uma unidade internacional que luta nos céus para proteger cidades e pessoas. A história acompanha Yoshika Miyafuji, uma garota com grande poder mágico, que se junta ao esquadrão e aprende sobre amizade, coragem e sacrifício em meio à guerra.