顺利举办学园偶像祭的同好会成员们在大家的期待下，马上策划了第二届庆典。刚刚转系的高咲侑在音乐系和同好会两头跑，忙得不可开交。与此同时，执行委员三船栞子收到信息。在校园开放当天，钟岚珠和米娅 · 泰勒将作为留学生来到虹咲学园。

同好会稳定地进行偶像祭的准备时，收到了来自YG国际学园联合演唱会的邀请。虽然艾玛邀请了同为留学生的岚珠参加，却被直截了当地拒绝了。另一方面，为音乐班补课所苦的侑，得知轻易通过小考的米娅其实是世界级的音乐世家・泰勒家族的一员，甚至还只有14岁的事实之后感受到强烈冲击。此时，又传出了岚珠将再度举办临时演唱会的流言，感到非常在意的霞、璃奈、彼方以及艾玛4人便悄悄地跟在岚珠后面……。

虽然霞、璃奈、彼方、艾玛4人已下定决心要一起站上舞台，但至今各自进行个人活动的4人实在是无法好好统合意见。距离与YG国际学园的联合演唱会已经没剩多少时间，这时璃奈便提议大家到各自家中留宿并轮流发表各自想做的事情。然而，度过了尽情谈论自己理想的几个夜晚后，4人的意见仍然无法统一。另一方面，面对补课的最终习题自己作曲，侑感到非常苦恼。与米娅诉苦之后，米娅给了忠告表示只要响应他人的需求即可……。

某天，果林在逛街的时候碰巧遇到了爱，她身边还带了称作“姐姐”，算是儿时玩伴的川本美里。爱表示今天是为了庆祝美里出院才出来玩。爱持续注意美里的身体状况，而美里也表现出很有精神的样子，然而果林却注意到美里不时露出的阴沉表情。虽然果林上前询问原因，美里表示不想让爱操多余的心而闭口不谈。然而爱其实也有注意到美里的异样，并找果林商谈。果林回答了先不要管她比较好，爱却不听劝告直接跑去找美里……。

第二届学园偶像祭终于快到了。决定要与文化祭共同举办后，校内开始忙碌了起来。这时，雫参加的话剧社被任命担任前夜祭的总导演。雫想像了由步梦与雪菜组成能唱歌跟演戏的团体，偷偷找侑商量，于是侑提出了一个主意，两人便在假日一起出门。然而察觉侑有些不对劲的步梦带着碰巧遇到的雪菜，悄悄地跟在两人后头。然后，看起来聊得很开心的侑与雫，竟然来到了游乐园……。

为了准备前夜祭，图像研究社向同好会提出希望能进行贴身取材。但是，顾虑到雪菜的真实身份尚未曝光，同好会决定采取不贴身的方式配合取材。雪菜表示为了能维持担任学生会长与学园偶像，这两样截然不同但都最喜欢的身份，保持现状就好。然而，随着举办日接近学园内也越来越热闹的时候，栞子因为一些原因得知了菜菜就是雪菜的事情。此时，联合文化祭也面临了全新的问题。

5校联合举办的第二届学园偶像祭终於开始了。第一天在东云学院、第二天在藤黄学园、第三天在YG国际学园、第四天在紫苑女学院举办。紫苑女学院的展览室中展示着学园偶像时期的三船薰子以及年幼的栞子的照片。侑等人知道栞子过去也曾憧憬过学园偶像之后，邀请栞子加入同好会。然而，看见姐姐薰子在学园偶像活动中努力了3年却无法出赛LoveLive!决赛的栞子，表示希望可以选择能够彻底发挥自己适性的道路，在适合自己的领域内拼尽心力，因而拒绝了。

第二届学园偶像祭平安收尾了。就在这时，岚珠发出了要回国不当学园偶像的信息。虽然米娅前去询问理由，岚珠也只冷淡表示自己已经做完想做的事。为了自己的目的，想让岚珠继续唱歌的米娅表示一定会做出最棒的曲子。在同好会成员的陪伴下，米娅完成了曲子。虽然曲子的完成度之高让米娅认为自己一定会赢，岚珠却没有接受那首歌。用尽心血写的歌被否定了，米娅感到非常生气当场离开。

同好会在岚珠等人加入后成员增加到13人，变得十分热闹。然而，霞非常在意人数增加后，都没有机会好好展现身为社长的威严。想要让大家认同自己当社长的话该如何是好？灵光一闪的霞便提议让同好会的大家一起到雫的家中过夜。13人一起逛街、运动、游戏大会，第一次度过这样的时光非常愉快。另一方面，想在这次活动中取回社长威严的霞总是处处碰壁。小霞霞社长化计划究竟能否成功呢？同时，岚珠也不时露出若有所思的表情。

学园偶像同好会要升格成社团，霞听到了这样的传闻便急急忙忙跑回社办，结果确认了只是谣言而已。听说了升格需要经过申请，同好会成员陷入苦恼，然而即将来临的段考才是一大挑战。在雪菜的提议之下，各学年的成员各自成立起读书会。但是身为社长的霞，因为思考同好会到底该继续作为同好会存在还是升格成社团，一直无法专心念书。另一方面，果林也因为某件事而烦恼着。

虹咲学园学园偶像同好会正如火如荼地准备着首次演唱会。在决定好举办日期、顺利进行的同时，彼方的妹妹‧遥以及其他学校的学园偶像们则是朝着LoveLive!预赛做准备。为了最喜欢的妹妹，彼方打算全力帮她加油，然而遥因为担任C位的压力日渐失去了笑容。正当彼方在准备拿来鼓励遥用的东西的时候，侑向彼方坦承了最近的烦恼，并且步梦也抱着另一个烦恼前来找彼方商量。

终于来到了首次演唱会当天。会场收到了饱含虹咲学园风格、充满特色的慰问品以及众多的应援信息。心中充满期待的粉丝全都聚集而来。沉浸在大家的想法之中，学园偶像同好会的13人围成圆阵。为了传达各自的想法，为了向愿意支持的人们倾诉感谢之情。于是舞台的帷幕升起了。“去编织出我们的彩虹！”