连续的破坏活动出现在东京湾附近。城南署的刑事久住及秦负责此案的调查工作。调查中，秦认识了担任大学讲师的冴子，并渐渐地对她产生了好感。之后，秦与久住在东京湾上的储备基地遭遇了将人类一个个吞噬的异型怪物，原以为这个怪物就是连续袭击事件的真正凶手，没想到怪物遗留于现场的肉块，却让整个事件产生了翻天覆地的大转变，事件的内幕波及到了警视厅、防卫厅及特车二课，甚至还发现了秦所不知道的冴子的另一面。光明下是令人惊愕的真相，黑暗中自卫队已经开始行动。正当秦不知所措之时，怪物再度出现于东京湾。为了结束这场悲痛的战役，机动警察部队挺身而出。

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。

二十一世纪初，人口不断增长，职位和房屋的需求成为了人们首要的问题。
原本的土地已经不足以满足社会的发展，于是日本政府将东京湾对出的海域进行一次大规模的填海造地工程，填平面积总共四十五万平方公尺，把木更津第一人工岛和川崎第二人工岛连接结合，长十五公里的大型防波堤就可以动工。这就不仅代表绕首都圈一周的大环状路完全通车，同时十多个水门亦可利用潮差去排水，最重要就是确保了未来十年东京有四万五千公顷的用地。
由于是以“永恒之都巴比伦”作为蓝本建设的国际大都会东京，于是这“巴比伦计划（Babylon Project）”称得上是本世纪最大海面工程计划。为了加快工作效率，建造更加庞大的建筑物及应付这庞大的工程，于是发展出专为工业使用的大型机械人，称之为Labor。
他们被广泛使用后，除增加了建筑的效率、解决了房屋问题外，亦增加了不少的就业机会；不过与此同时亦衍生出了一个新的问题，就是Labor犯罪案件的频发。这些可能只是醉酒驾驶，又可能只是驾驶者的意气用事，或者是不法份子把Labor改装为犯罪工具。不过这一切一切不仅使周遭的环境破坏,更使社会秩序混乱。
社会迈入了新时代，人类已经制造出可以操作的机械人来代替他们从事某些危险及繁重的工作，这些机械人常应用在工程建筑领域。但是正因为机械人的强大力量，使得犯罪分子也蠢蠢欲动。因此作为国家工具之一的警察部队自然也会有相对应的机构来应付机械人事件的发生。
在这个极其特殊时代的不安定状况下，日本警示厅警备部于是决定成立了一个全新部门――特车二课（Special Vehicles Section 2），以专门打击Labor相关的犯罪案件。而这种警队专用的Patrol-Labor（巡逻警用机械人）被称为Patlabor！