Aozora Shoujotai est une histoire autour de Isurugi Takuya, un technicien du 801 TTS (escadron tactique d'entraînement). Le premier jour au 801 TTS, Takuya rencontre les autres membres de l'escadron qui s'avère être toutes des femmes pilotes.
Le 801 TTS est en effet une équipe de voltige aérienne composé uniquement de femmes. Takuya qui pense au début à  une farce comprend ensuite que cet escadron sert à  regrouper les mauvais éléments ensemble. Haneda Miyuki a frappé son supérieur dans son escadron précédent, Mitaka Arisa est toujours mélé à  des bagarres, Saginomiya Sakura est une éternelle joueuse, Shimorenjaki Yoko est une pilote très médiocre. Mais quel est le problème de Takuya alors ? C'est... un otaku.