未だに一年戦争の傷跡が残る宇宙世紀0083年、核弾頭装備のガンダム試作2号機がジオン公国軍残党に強奪される事件が起こる。地球連邦軍テストパイロットのコウ・ウラキは、ガンダム試作1号機に乗り込み、試作2号機を奪ったアナベル・ガトーと事件を画策したデラーズ・フリートを追う戦いに身を投じることになる。その中でコウは、アナハイム・エレクトロニクス社のシステムエンジニア、ニナ・パープルトンと惹かれ合い、さらに挫折や葛藤を乗り越えることで、パイロットの才能を開花させると同時に人間としても成長していく。だが、コウたちの奮戦も空しく、デラーズ・フリートは試作2号機で地球連邦軍の観艦式を襲撃し、それを陽動とした地球へのコロニー落とし――「星の屑作戦」を敢行する。信念と欺瞞、そして策謀が入り乱れる状況の中、ガンダム試作3号機という武器を手にしたコウたちは、コロニー落としを阻止する戦いに挑むのだった。