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。

在奥内米斯王国里，有一支本应担任宇宙探险飞行的军队——王立宇宙军。但由于种种因素，他们始终只是一支无所作为的军队，甚至被其他军队视为废物。原本安于现状，只是在军队中混日子的年轻士官希洛兹，与美丽的少女莉库妮邂逅，被她的单纯与虔诚所吸引，逐渐开始改变自己的人生态度——成为第一个探索宇宙的人，让“王立宇宙军”成为名副其实的宇宙探索者。
但现实是残酷的，奥内米斯王国内部的腐败使他们的信念一次次受挫，似乎人们都更关注于地面上丑陋的斗争，虽然王立宇宙军最后得到了飞行的机会，但那确是帝国内部的阴谋，企图牺牲希洛兹搭乘的火箭，以作为和邻国开战的借口。即便这样，希洛兹还是坐上了火箭，他能否看到太空中的日出呢……

本片由三段互无关联的故事组成。《她的回忆》：2092年，由伊瓦诺夫领导的太空垃圾回收飞船在返航途中接收到来自“宇宙坟场”的求救信号，特殊的是，信号中掺杂着歌剧《蝴蝶夫人》的唱段。队员汉兹与米格尔前往施救，却进入了一位歌剧演员艾娃的回忆，这些栩栩如生的回忆场景对船员们产生了威胁；《最臭兵器》：供职于制药公司的小职员田中信男拖着病体赶回公司，无意中服用了公司与军方合作的实验药品。自此信男成为了制造致命臭气的肉身工厂，对此毫不自知的信男却按照上司命令将药品样本送往东京总部，一路上引起大面积恐慌，军方不得不派出大批军队半路截杀信男；《大炮之街》：在一座由蒸汽驱动的城市中，一家三口展开了一天的生活。母亲去制造炮弹的工厂上班，父亲在炮台担任装填手，小儿子在学校里学习与大炮相关的知识。炮台不停开炮，但敌人的身影却始终没有出现……