東京の表参道・原宿・青山、3つの街の狭間に設立された新設校、「結ヶ丘女子高等学校」の音楽科を受験した、澁谷かのん。だが歌唱の実技試験で失敗。同学校の普通科に入学した。そんなかのんの目の前に突然、上海から来た少女、唐可可が現れる。かのんと同じく結ヶ丘の普通科に入学した彼女は、かのんと一緒にスクールアイドルを始めたいという。断るかのんだが、可可の情熱を前に部員集めを手伝うことになった。

やっぱり歌が好きだ！ という自分の気持ちに気付いたかのんは、スクールアイドルになることを決心する。しかし音楽科の葉月恋は、スクールアイドルは結ヶ丘に必要ないと、部の申請書すら受け取ってくれない。かのんは恋の弱点を握ろうと、音楽科の生徒であり幼馴染の嵐千砂都に協力してもらい情報を集める。しかし弱点どころか、恋を頼りにしている生徒は多い。そんな時、かのん達は急遽、理事長に呼び出され――。

スクールアイドル活動を続けるには、地元の代々木スクールアイドルフェスで1位を取らなければならない。千砂都と可可は、人前で歌えないかのんが歌えるようになるよう、あれこれ試すが、結果は出ない。落ち込むかのんに可可は、今回のライブは自分一人で歌うから、一緒にステージに立ってと、笑顔で励ます。そんな中、かのんたちが出るイベントに、全国屈指の強豪グループ「サニーパッション」が参戦する知らせが入ったのだった。

代々木スクールアイドルフェスで、惜しくも1位を逃した「クーカー」。しかし、新人特別賞を受賞してSNSのフォロワーも増え、理事長からスクールアイドル活動の継続を許可される。しかし、恋の表情は不満げだ。一方、クーカーをきっかけにスクールアイドルに興味を持った平安名すみれは、今度こそショウビジネス界で主役を飾るべく、スクールアイドル同好会に加入する。しかし、センターを誰にするかという話になり――。

新たにすみれをメンバーに加え、3人になった結ヶ丘スクールアイドル同好会。季節は夏。猛暑でバテバテになってしまい、かのんの家で休憩しているみんなの元に、訪問者が訪れる。それはなんと、サニーパッションの柊摩央と聖澤悠奈だった。二人はかのんたちを、サニーパッションの地元、神津島で行うスクールアイドルライブのゲストに呼びたいと誘う。喜ぶ3人だったが、ダンス大会を控えている千砂都は、どこか複雑な様子で――。

神津島でのライブに向けて、サニーパッションの二人とトレーニングに励むかのんたち。時を同じくして、結ヶ丘のレッスン室では、千砂都がダンス大会に向けて猛特訓中だ。その様子を恋が伺う。が、恋は、ふと目にした千砂都の鞄から覗く退学届を見つけてしまう。その夜、電話で話すかのんと千砂都。しかし、二人の会話はどこか、よそよそしく――。

神津島でのライブを無事に終え、千砂都を入れて4人になったスクールアイドル同好会。気持ちを新たに新学期を迎える一同だったが、生徒会の発足に伴い、生徒会長選挙が行われることを知る。もし恋が生徒会長になってしまったら、スクールアイドル活動に影響が出るかもしれない。みんなは恋の対抗馬として、かのんを立候補させようとする。一方かのんは、恋がなぜスクールアイドルを嫌うのか気になっていた――。

亡き母親の残した結ヶ丘を一人で背負っていた恋。このことは口外しないようにと、恋はかのんたちに口止めする。しかし、学校のみんなはそんな事情を知る由もなく、学園祭を音楽科だけで行うと宣言した恋に猛反発している。かのんは恋に、全校集会でみんなで一緒に学園祭を行うと訂正しよう、と提案するが、恋にはまだ悩みがあるようだった。その理由は――。

恋を入れて5人になったスクールアイドル部。音楽科と普通科の垣根もなくなり、学校のみんなは仲良く過ごしていた。そんな中、ついにラブライブ！の開催が発表される。決勝の会場は神宮競技場という大舞台だ。予選突破すら狭き門だと理解した上で、ラブライブ！のエントリーを決める結ヶ丘スクールアイドル部。しかし、そのエントリー画面には、グループ名の入力欄があって――。

グループ名が「Liella!」に決まり、ラブライブ！にエントリーした5人。地区予選の説明会では、各地区ごとに設けられた課題を盛り込んで、パフォーマンスを行うルールが発表される。結ヶ丘の地区の課題は、ラップだった。ラップにいまいちピンとこないLiella!だったが、すみれは即興でラップを披露する。これならいけるかもと、かのんはすみれをセンターにするのだが――。

ラブライブ！地区予選のステージで、その存在感を見せつけたLiella!は、無事予選を突破した。そんな時、かのんと千砂都の母校の小学校から、ぜひ「Liella!」に歌ってほしいという依頼がくる。承諾するも、気が重いかのん。その小学校のステージは、かつて、かのんが人前で歌えなくなるきっかけとなった最初の事件が起きたステージだったのだ。当時のかのんを知る千砂都は、改めてそのことをみんなに伝える――。

母校での一人舞台を成功させたかのん。学校の存続も決まり、意気揚々としている5人のもとに、ラブライブ！東京大会の概要が届く。その内容は、リモート形式とし、それぞれの地区代表がネットを使い、ライブを生中継でリレーしていくというものだった。つまり、ステージは自分たちで用意しなければならない。どんなステージにしようかみんなでアイディアを出すなか、かのんはあまりこだわりがないようで――。