졸업식을 앞둔 유이가오카 여자 고등학교. 오랜만에 학교에 온 카논의 눈에 비친 것은, 러브 라이브! 3연패를 향해 분투하는 2학년과 1학년의 모습이었다. 3학년이 졸업해도 Liella!는 계속 앞으로 나아간다── 그런 후배들의 마음을 알게 된 카논과 3학년들은 5명이서 곡을 만들기 시작했다. 카논은 라이브를 보여주고 싶은 사람들이 있다고 말했는데... Liella! 11명의 이야기가 끝을 맺는다──시작의 노래와 함께

입학 수속을 마치기 위해 혼자서 빈 국립 음악 학교에 가게 된 카논. 쿠쿠, 치사토, 스미레, 렌도 졸업 후의 진로를 결정하고 각자 미래를 향해 걸어가기 시작했다. 한편, 키나코, 시키, 메이, 나츠미는 선배들이 맡긴 러브 라이브! 결승 곡을 만들며 분투하고 있었다. 조금씩 확실하게 3학년들의 졸업을 향해 변화해가는 유이가오카. 아직 아무도 이룬 적이 없는 2연패를 향한, Liella! 최후의 러브 라이브!가 시작된다──

지역 예선을 돌파한 Liella!는 다음 도쿄 대회를 위해 준비하고 있었다. 곡 만들기를 진행하던 중 카논의 추천으로 작사를 하게 된 키나코. 2학년과 1학년이 앞에서 더 빛났으면 좋겠다, 그런 3학년들의 마음을 헤아려 작사 작업을 받아들인 키나코였지만... 대회에 대한 중압감에 고민하고 있었다. 한편 렌도 학생회장을 이어받을 후계자 선정으로 고민하고 있었다. 렌이 걱정된 키나코는 렌의 후계자 찾기를 돕기로 했는데...

드디어 하나가 된 Liella! 열한 명이서 하는 연습이 시작됐지만 마르가레테는 다른 멤버와 친해지지 못하고 있었다. 다 같이 라이브를 준비하면서 친해지면 좋겠다고 생각한 카논은 마르가레테에게 다음 라이브의 포메이션을 짜 달라고 부탁했다. 하지만 카논의 의도와는 다르게 마르가레테는 냉정하고 객관적으로 다른 멤버들을 평가했다. 그중에서도 키나코와 나츠미에게는 냉혹한 평가가 내려졌는데.

'진 쪽이 이긴 쪽의 소원을 한 가지 들어 주는 거야' 서로 약속하고 학교 축제 라이브에서 승부를 겨루게 된 Liella!와 토마카노테. 대결에서 선보일 신곡을 만들기 위해서 선택된 메이, 나츠미, 토마리, 마르가레테였지만... 의견이 좀처럼 정리되지 않았다. 시키의 분석에 따르면 그 원인은 오니츠카 자매의 불화에 있는 듯했다. 토마리와의 관계를 회복하기 위해 각오를 다진 나츠미-- 생각들이 교차하는 가운데 결전의 시간은 시시각각 다가오고 있었는데.

상하이에서 합동 라이브를 성공시킨 Liella!와 토마카노테. 라이브를 거치면서 토마카노테와의 단결을 원하는 Liella! 멤버들과 Liella!에게 승리하는 것에 집착하는 마르가레테. 토마리도 Liella!와 친해지는 것에는 부정적이었다. 하지만 유이가오카 여고에서 러브 라이브!에 출전할 수 있는 것은 한 팀뿐. 결전인가 단결인가── 선택을 강요받는 카논이 취한 행동은... 토마카노테의 파자마 파티?!

열심히 공부하고 시험에서 좋은 점수를 받는다. 그것이 전부라고 생각했다. 다정한 가정 환경 속에서 자란 쿠쿠는 그것이 가장 좋은 길이라고 생각했다. 중학생 시절 어느 날, 스쿨 아이돌과 만나기 전까지는... 쿠쿠의 언니 멍멍의 주선으로 상하이 스쿨 아이돌 페스티벌에서 공연하게 된 Liella! 한편, 쿠쿠는 스쿨 아이돌 활동을 고등학교에서 끝내고 대학에 진학할 결심을 굳혔다. 카논은 쿠쿠가 자기 자신에게 거짓말을 하고 있다는 사실을 눈치채는데...

1학기가 끝나고 여름방학이 시작되려는 유이가오카. 3학년의 졸업의 발소리가 조금씩 가까워지는 가운데, 쿠쿠는 카논과 진로에 대해 상담하고 있었다. 이대로 노래를 계속할 것인지, 노래를 그만두고 대학에 진학할 것인지, 고민하는 쿠쿠. 그리고 여름방학을 맞이한 카논에게 도착한 국제 우편, 거기에 들어있던 것은 상하이행 항공권이었다. 고향으로 돌아간 쿠쿠에게 무슨 일이 생겼다고 생각한 카논과 리엘라의 멤버들은, 진상을 확인하기 위해 상하이로 향했는데.

No Rain, No Rainbow

토마카노테의 비대면 라이브를 보고 자극받아 이에 질 수 없다며 의욕을 불태우는 Liella! Liella!의 새로운 가능성을 발견하기 위해 부장인 치사토는 다음 라이브의 센터로 시키를 추천한다. 센터란 무엇일까, 어째서 자신이 센터인 걸까 계속 생각하는 시키. 하지만 센터 예행연습 도중 쓰러진 시키는 양호실로 옮겨지고 말았다. 시키의 센터를 포기할 뻔한 Liella!였지만 치사토에게는 생각하는 바가 있었는데...

나츠미의 여동생 오니츠카 토마리가 가입해서 신스쿨 아이돌부는 셋이서 활동을 개시했다. 냉정 침착하고 댄스도 완벽하지만 종잡을 수 없는 토마리에게 휘둘리는 카논과 마르가레테. 첫 무대가 될 비대면 라이브 참가를 결정했지만 스쿨 아이돌을 하는 목적도 자세도 다른 세 사람은 삐걱대는데... 그러던 중, 카논은 셋이서 곡을 만들어 보자고 제안한다. 각기 다른 마음을 감춘 세 사람의 유닛─ 토마카노테의 노래가 시작된다.

갑자기 유학 중지를 통보받은 카논. 학교에서는 남겨진 Liella! 멤버들이 빠지게 된 카논의 몫까지 힘을 내기 위해 연습을 계속하고 있었다. 한편, 유이가오카의 학생이 된 마르가레테는 Liella!에 대항해 '신스쿨 아이돌부'를 세운다. 하지만 부원이 모이지 않는 마르가레테의 모습에서 카논은 예전 자신의 모습을 보고 있었다. 한번 이별을 고한 LIella!로 돌아갈 것인가, 고민하던 카논의 선택은──.