《少女与战车》的故事舞台设置在一个将使用战车的武技“战车道”、“花道”与“茶道”并列为大和抚子必须掌握的三大本领的架空背景中。因为讨厌战车道，才转学到没有战车道的大洗女子学园的西住美穗，没想到才刚刚转学过来就被学生会长叫了过去，会长要求美穗选择战车道的修行并且还要在全国大会中出场。目前学校里只有一辆破旧的四号D型坦克，而且，队伍中聚集的成员全部都是超个性派——花道本家的大小姐五十铃华、热衷于恋爱的武部沙织、对坦克无比狂热的秋山优花里、早上起不来的优等生冷泉麻子。而面临着废校危机的大洗学院要靠这样一支临时拼凑的队伍去取得全国大赛的优胜来保住学校。