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1930年代，以欧洲为中心突然出现的人类之敌“涅洛伊”。能够对抗以通常的兵器难以破坏的涅洛伊的，只有被称作魔女的、拥有特殊魔法力的少女们而已……。1944年9月，在以第501统合战斗航空团“Strike Witches”为中心的联合军活跃之下，高卢共和国上空的涅洛伊巢穴消灭，欧洲西部的安全得到了确保。以此为机，联合军开始正式计划对欧洲中央—东部方面的反抗作战。在欧拉西亚帝国彼得堡构筑了基地的，第502统合战斗航空团“Brave Witches”也被下达了出击的命令。背负人类的希望，充满勇气的魔女们，在东欧的寒空中巡航。。高田玩具店老板的独生子小刚（樱井翔 饰）秉承了父辈的基因，发明出可以用来战斗的巨型机器狗“小狗侠汪汪”。他和女友小爱（福田沙纪 饰）组成正义的“小双侠”，为保护世界和平不断努力。他们的主要对手是杜伦布贼党，分别由女贼头多龙芝（深田恭子 饰）及其一胖一瘦两个随从童兹拉（小林剑道 饰）和波亚基（生濑胜久 饰）组成。多龙芝效力于盗贼之神骷髅贝，他们奉命四处寻找传说中可以实现任何愿望的骷髅石碎片。 少女翔子（冈田杏理 饰）的父亲海江田博士（阿部隆史 饰）是一位考古学家，他在寻找骷髅石的过程中突然失踪。从翔子那里得知详情的小双侠为阻止骷髅贝灭亡世界的阴谋，与多龙芝一众展开连番精彩激烈的战斗……。