Im Universellen Jahrhundert 0079, gegen Ende des Einjährigen Krieges zwischen der Erdföderation und dem Fürstentum Zeon, liegt die Raumkolonie Side 4, bekannt als Moore, in Trümmern. Das Trümmerfeld aus zerstörten Kolonien und Kriegsschiffen ist zu einer tückischen Schärenzone geworden, in der ständige Kollisionen elektrisierter Wrackteile gefährliche Blitzentladungen erzeugen, was ihr den Namen Donnerkeil-Sektor eingebracht hat. Auf diesem tückischen Schlachtfeld beginnt die Geschichte, als die Streitkräfte der Erdföderation, insbesondere die aus Überlebenden von Side 4 bestehende Einheit Moore Bruderschaft, darum kämpfen, ihre Heimat von den Zeon-Truppen zurückzuerobern.

Der zentrale Konflikt dreht sich um zwei Ass-Piloten auf gegnerischen Seiten, die sich als schicksalhafte Rivalen erkennen. Io Fleming ist ein rücksichtsloser und rebellischer Föderationspilot, der Jazzmusik nutzt, um die Schrecken der Schlacht auszublenden. Er steuert die Mobile Suits der Moore Bruderschaft und übernimmt schließlich die Kontrolle über einen leistungsstarken Prototyp, den Full Armor Gundam. Seine treibende Kraft ist der Wunsch, sich im Kampf lebendig zu fühlen, und er hasst den Gedanken, von seiner Heimat oder Familiengeschichte eingeengt zu werden. Auf der gegnerischen Seite steht Daryl Lorenz, ein ruhiger und geschickter Scharfschütze für Zeons Living Dead Division, einer Einheit aus Soldaten, die im Kampf Gliedmaßen verloren haben und prothetische Ersatzteile verwenden. Daryl, der bereits seine Beine verloren hat, kämpft, um seine Kameraden zu schützen, und findet Trost in Popmusik. Als Io früh im Konflikt einen feindlichen Mobile Suit kapert und Daryl gegenübersteht, wird beiden klar, dass sie dazu bestimmt sind, der ultimative Widersacher des anderen zu sein.

Die Handlungsbogen der ersten Staffel folgt der eskalierenden Kriegsführung zwischen der Moore Bruderschaft und der Living Dead Division innerhalb des Donnerkeil-Sektors. Als Io mit dem Full Armor Gundam verheerende Effektivität demonstriert, werden die Zeon-Truppen verzweifelt, um dieser neuen Bedrohung entgegenzuwirken. Karla Mitchum, eine Forscherin in der Living Dead Division, die Prothesen entwickelt, treibt das Reuse P Device-Projekt voran, das es einem Piloten ermöglicht, einen Mobile Suit mit seinem gesamten Nervensystem zu steuern. Um der perfekte Pilot für den experimentellen Psycho Zaku zu werden, opfert Daryl bereitwillig seine verbleibenden organischen Gliedmaßen und lässt sich seine rechte Hand amputieren, um sich vollständig mit der Maschine zu verbinden. Die Situation wird noch düsterer, als die Moore Bruderschaft Verstärkung in Form von unerfahrenen jugendlichen Piloten erhält, was zu einem Massaker führt, als Io sie in die Schlacht gegen die Zeon-Verteidigung führt. Der Höhepunkt der Staffel ist ein brutales Finalduell zwischen Io im Full Armor Gundam und Daryl im Psycho Zaku, bei dem beide Mobile Suits schwer beschädigt werden. Eine Verstärkungsflotte von Zeon trifft ein, nimmt Io und die überlebenden Föderationskräfte gefangen und rettet die verbliebenen Mitglieder der Living Dead Division.

Eine Fortsetzungsstaffel setzt die Geschichte acht Monate nach dem Ende des Einjährigen Krieges fort. Die Erdföderation bekämpft nun Zeon-Überreste auf der Erde, und eine neue Fraktion namens South Seas Alliance ist entstanden, die über die Psycho-Zaku-Technologie verfügt. Io Fleming erhält den Auftrag, einen neuen Prototypen, den Atlas Gundam, zu steuern, um den Psycho Zaku aufzuspüren und zu zerstören, bevor die Technologie in Massenproduktion gehen kann. Unterdessen ist Daryl Lorenz zur Erde gegangen, um sich den Zeon-Überresten anzuschließen, und erhält den Auftrag, Informationen über den Psycho Zaku zu sammeln. Der Konflikt weitet sich von den Tiefen des Antarktischen Ozeans bis zu den Dschungeln Südostasiens aus, während beide Piloten in ihre schicksalhafte Rivalität und das Chaos der Nachkriegszeit zurückgezogen werden. Die Serie erforscht die brutale psychologische Belastung des Krieges, die Opfer, die Soldaten bringen, um zu überleben, und die schmale Grenze zwischen Pflicht und Besessenheit.