Keitai Kanojo se basa en la novela popular teléfono móvil del mismo nombre, esta es la secuela de Keitai Kareshi. En Keitai Kanojo una serie de asesinatos ocurren donde matan a chicas pero también mueren los criminales, lo que hace difícil a la policía para resolver esos casos, sin embargo; lo único que saben de ellos es que tiene que ver con un juego sobre una novia virtual llamada Erika.

La historia va de dos reinos que están en guerra, Levamme y Amatsukami. Un día, en una fiesta, el príncipe de Levamme, pide la mano de Fana del Moral en matrimonio y le promete que en un año acabará la guerra y que se casará con ella. Pasado el año, la guerra continúa y la gente de Amatsukami intenta asesinar a Fana, pero no lo consiguen, es por ello que el príncipe, preocupado por lo que sucedió, propone enviarla al Reino Levamme para tenerla protegida.

Kazuki de 14 años de edad, tiene una vida solitaria y antisocial. Vive con su madre, aunque siente que no tiene el amor necesario por parte de esta. Hiroshi Haruyama es un chico problemático que hace trabajos de medio tiempo para ganarse la vida en vez de ir a la escuela. Es miembro de las pandillas de motocicletas "Nights".

La premisa es sencilla, un alienígena con forma de smiley llega a la Tierra y promete destruirla dentro de un año. Mientras tanto dará clase a un grupo marginal en una escuela y les adiestrará en tecnicas de asesinato para que puedan acabar con él antes de que se cumpla el plazo.

La historia continúa con los propios conflictos de los estudiantes, la identidad de Koro Sensei y el destino del mundo. Se aproxima el límite de tiempo para el asesinato.