어느 지방 도시 미타키하라시에 사는 카나메 마도카는 조금 소극적이지만 어디에나 있는 여자 중학생. 하지만 "마법소녀"가 된 마녀와 싸우는 소녀들이 존재한다는 것을 알게 되고, 그 싸움에 자신도 휘말린다. 마법소녀들이 다치고 쓰러져 가는 모습을 비관한 그녀는, 큐베에게 「모든 마녀를 태어나기 전에 없애고 싶다」라고 빈다. 이리하여 마도카는 「원환의 이치」라고 불리는 초상적인 개념이 되었고, 그 힘에 의해 세계는 마녀가 존재하지 않는 곳으로 다시 만들어졌다. 아케미 호무라는 마도카의 마지막 의지를 가슴에 품고, 마녀를 대체하여 창궐하게 된 「마수」들과 계속 싸울 것을 맹세한다.
원환의 이치에 이끌려 가는 날을 꿈꾸며 계속 싸운다. 호무라는 마법소녀로서의 일상을 보내고 있었다. 나이트메어와 싸우는 나날이지만 동료들과의 즐거운 하루하루. 하지만 일상의 균열에 위화감을 느끼기 시작했고, 끝내 결정적인 사실에 생각이 닿는다. 그건 바로 이 세계에 없을 터인 "카나메 마도카"가 존재한다는 것. 이곳은 마녀로 변해 가는 자신이 마도카와의 일상을 다시 한번 되찾기 위해 날조한 세계, 거짓된 공간이었던 것이다. 마법소녀들은 그 비밀을 알면서도 이용하려 한 큐베의 간계를 타파하기 위해 함께 싸운다. 하지만 그것은 호무라가 마녀로 변하고 마도카는 원환의 이치로서 세계로부터 격리된 존재라는 사실을 인정하는 일이 될 수밖에 없었다. 그렇기에 마지막 순간, 호무라는 마도카를 잃지 않기 위해 신이나 다름없는 마도카를 끌어내리는 악마가 되어, 스스로 세계를 다시 만든다.
미타키하라의 소녀들 사이에 요즘 어떤 소문이 돌기 시작했다. "도마뱀 전화"가 소원을 이루어 준다는 것이다---이 세상의 저주와 싸우는 것을 대가로.
그 무렵, "소울 젬이 없는 소녀"가 마수 사냥을 벌이는 이상한 일이 연속해서 발생했다. 호무라는 그런 풍경을 유유히 바라보며, 이 세계에 군림하는 악마로서, 모든 것을 원하는 대로 하고 있었다. 그런 줄 알았는데---
그런 일그러진 일상을 끝내는 존재가 갑자기 나타난다. 모든 마녀가 시작되는 장소---나즈카소코츠네, 과거에 호무라를 괴롭혔던 여러 마녀의 집합체---발푸르기스의 밤, 그리고 원환의 이치를 찾는 두 명의 마법소녀.