Япония, наши дни. Юный рядовой-механик ВВС Сил Самообороны Японии Исуруги Такуя, страстный поклонник техники и научной фантастики, получает назначение в элитную женскую тактико-тренировочную эскадрилью 801. Однако по прибытии на место службы он с удивлением обнаруживает, что 801 TTS на самом деле представляет собой «отстойник» для тех, кто нарушил субординацию и попал под дисциплинарные меры. Несмотря на это, Такуя и его «товарки по несчастью» не теряют надежды. Объединив усилия, они решают превратить свою эскадрилью в образцово-показательную команду асов, способную покорить небеса и продемонстрировать свое мастерство.
В то время как Такуя старается наладить отношения с новыми коллегами, его жизнь усложняется неожиданным любовным треугольником. Пилоты Ханэда Миюки и Митака Ариса, каждая из которых обладает своим уникальным стилем и характером, влюбляются в него, что добавляет интриги и напряжения в их совместное обучение и тренировки. Соперничество между девушками становится не только личным, но и профессиональным, подстегивая их стремление к совершенству.
На фоне захватывающих воздушных боев и сложных тренировок, команда сталкивается с внутренними и внешними вызовами, которые проверяют их на прочность. Смогут ли они преодолеть недопонимания и стать настоящей командой, способной на большее, чем просто выполнение приказов? «Женская эскадрилья чистого неба» — это история о дружбе, упорстве и стремлении к мечте, где каждая из девушек, несмотря на свои недостатки, находит в себе силы для победы.