เรื่องราวเกิดระหว่างวันที่ 16 ธันวาคม ถึง 24 ธันวาคม ปีเดียวกัน ซึ่งเป็นเวลาหนึ่งเดือนหลังจากงานวัฒนธรรมตามตอนสุดท้ายของอะนิเมะโทรทัศน์ เรียกเธอว่าพระเจ้า สึซึมิยะ ฮารุฮิ สิ้นสุดลง ในวันที่ 16 ธันวาคมนั้น หน่วย SOS (SOS Brigade) ของฮารุฮิ สึซึมิยะตกลงจะกินเลี้ยงหม้อไฟกันที่ห้องของหน่วยในวันที่ 24 ธันวาคม เนื่องในวันคริสตสมภพ แม้ว่าโรงเรียนห้ามก่อประกายไฟในอาคารก็ตาม เช้าวันที่ 18 ธันวาคม เคียวน์มาถึงโรงเรียน และพบว่าทุกสิ่งเปลี่ยนไป เพราะฮารุฮิ, อิซึกิ โคอิซึมิ และเพื่อนบางห้องสาบสูญไปพร้อมกัน, ฝ่ายมิคุรุ อาซาฮินะ หญิงสาวนักเดินทางข้ามเวลาซึ่งเป็นรุ่นพี่มัธยมศึกษาปีที่ 5 และคนที่เขาหลงรัก กลับจำเขามิได้ และเดินทางข้ามเวลาไม่เป็นอีกต่อไป, ส่วนยูกิ นางาโตะ แอนดรอยด์ที่มนุษย์ต่างดาวสร้างขึ้น กลับกลายเป็นมนุษย์จริง ๆ และมีอารมณ์ความรู้สึกดังมนุษย์ทั่วไปขึ้นมา, ขณะที่เรียวโกะ อาซากุระ แอนดรอยด์ที่เป็นเพื่อนร่วมห้องของเขาและถึงแก่ความตายไปแล้ว กลับฟื้นชีพและกลายเป็นมนุษย์ปรกติเช่นกัน, และชามิเซน แมวที่ฮาริฮุเคยบันดาลให้พูดจาได้อย่างมนุษย์ ก็กลับไปเป็นแมวธรรมดาดังเดิม นอกจากนี้ ยังปรากฏว่า นอกจากเขาแล้ว ไม่มีใครในโรงเรียนที่รู้จักฮารุฮิและหน่วย SOS เลย เคียวน์พบเค้าเงื่อนเดียว คือ ข้อความที่ยูกิเขียนลงบนที่คั่นหนังสือแล้วเสียบทิ้งไว้ก่อนเกิดความเปลี่ยนแปลงว่า ภายในกำหนดสองวัน ให้เขารวบรวม “กุญแจ” มาไขโปรแกรมโปรแกรมหนึ่งซึ่งยูกิสร้างทิ้งเอาไว้