키타 고의 문화제가 다가오는 시기. 스즈미야 하루히는 갑자기 변덕을 부려 SOS단의 이름으로 영화 촬영을 시작한다. 하루히가 제출한 기획은 「싸우는 웨이트리스 아사히나 미쿠루의 모험(가칭)」이라는 제목으로 미래에서 온 싸우는 웨이트리스 아사히나 미쿠루가 초능력 소년 코이즈미 이츠키의 도움을 받아 나쁜 우주인 마법사 나가토 유키와 대결한다는 기묘하게 날카로운 각본의 SF영화였다. 타니구치와 쿠니키다, 츠루야까지 동원하여 촬영을 계속하는 SOS단. 하지만 영화 촬영에 과도하게 몰입한 하루히는 무의식 중에 픽션과 현실의 경계를 넘어 자신의 능력을 발휘하기 시작하고, 미쿠루의 눈에서 레이저 광선이 나가거나 말하는 고양이 샤미센이 출현하는 등 이상 사태가 가속화 되는데….