2002年冬天，横浜大桥突然被战斗机炸毁，媒体虽然报导此为自卫队战机所为，但实际上这架战机却并不存在。民众广泛对自卫队产生了不信任感。特车二课第二小队的后藤（大林隆介 配音）队长察觉此事与在99年的那场事件中失踪的自卫队队员柘植有关——1999年，日本陆上自卫队的机器人 小队在一次联合国维和行动中遭到全歼。而柘植是特车二课第一小队队长南云（榊原良子 配音）原来的恋人。民众的不信任感达到了顶峰，处于戒严状态的东京面临着大骚乱，人们被即将爆发战争的危机笼罩着。在自卫队王牌队员荒川的帮助下，后藤（大林隆介 配音）和南云追查到了柘植的下落。后藤招集起泉（富永美伊奈 配音）、篠原（古川登志夫 配音）等特车二课原来的成员们，启动PATLABOR机器人进攻柘植的根据地……
本片是押井守导演推出了《机动警察PATLABOR》的第二部剧场版。

1999年的东京，一部军用的机械人在无人的情况自动启动、一个名为帆场瑛一的篠原重工天才程序员自杀；谁也没想到，两起无关事件却会在将来把东京带入恐怖中。从建筑施工现场到人们的日常生活，处处都可以见到一种被称为“Labor”的大型机器人。面对Labor相关犯罪与日俱增的局面，警察局成立了特殊车辆二课，配备专门机器人PatLabor，负责处理特殊事务。Labor到了更新换代的时期，作为机器人大脑的电脑操作系统升级为HOS。正在这时，突然发生多起机器人失控事件，机动警察小队负责调查此事。他们发现这是由与HOS有关的电脑病毒所导致的，而肇事者已经销毁了所有资料行踪不明。在东京湾，制造巨型海上方舟以解决东京土地问题的巴比伦计划已经到了关键时刻，那里集结了全国45%的Labor机器人，这些机器人一旦失控后果将不堪设想……
本片为TV动画《机动警察》的剧场版。

草薙素子之后，巴特与侦探出身的陀古萨结为搭档。近期发生多起机器人偶杀害主人继而自杀的事件，由于受害者家属均无公诉，且死者中有政客与公安官员，于是公安9课派出巴特小组调查此案。杀人人偶皆为荒凉地带公司出品的哈德莉机型，应部分顾客要求，该机型同时具备异性玩伴的功能，巴特从荒凉地带公司出货官遇害入手，卷入与黑帮的战斗，期间有人入侵他的大脑，使其自残。
巴特决定直奔荒凉地带总部，他与陀古萨拜访了择捉岛上的黑客基姆，后者布下系统陷阱，幸有素子提出警告避免陀古萨陷入控制。依靠基姆这条线索，巴特登上了荒凉地带公司设立在海上的工厂船，素子再次降临他的身边，与其并肩作战。