In der Patlabor-Welt des Jahres 2013 ist das massive Landgewinnungsprojekt, bekannt als das Babylon-Projekt, weitgehend abgeschlossen, was Japan in eine lang anhaltende Wirtschaftsrezession gestürzt hat. Mit dem Ende des Baubooms sind die riesigen humanoiden Maschinen, genannt Labors, außer Gebrauch geraten, und die zu ihrer Überwachung geschaffenen Polizeieinheiten wurden drastisch verkleinert. Die einst mächtige Sondereinsatzabteilung 2, Division 2 (SV2), ist zu einer einzigen, unterfinanzierten und weitgehend vergessenen Einheit am Rande Tokios geschrumpft. Dies ist die Welt, die die dritte Generation der SV2 erbt.

Das neue Team ist eine Mischung aus unerfahrenen Neulingen und abgekämpften Veteranen. Die Kernpiloten sind Akira Izumino, eine junge Frau mit unglaublichen natürlichen Reflexen, die leidenschaftlich ihren alternden AV-98 Ingram fliegt, und ihr ruhiger, analytischer Partner Yuma Shiobara. Zu ihnen stößt Ekaterina Krachevna Kankaeva, oder Kasha, eine scharfäugige russische Scharfschützin mit einer mysteriösen Vergangenheit. Das Team wird vom zynischen und pragmatischen Kapitän Keiji Gotoda geführt, einem Mann, der unter dem Vermächtnis seines legendären Vorgängers, Kapitän Goto, leidet. Den bröckelnden Zusammenhalt der Einheit hält der mürrische aber brillante Chefmechaniker Shigeo Shiba aufrecht, das letzte verbliebene Mitglied der ursprünglichen SV2, der ein tiefes Gefühl für Geschichte und Frustration in seine Rolle einbringt. Zu den weiteren Mitgliedern gehören der hitzköpfige Pilot Isamu Otawara, sein Partner Shinji Mikiya und die streitlustigen Transporterfahrer Hiromichi Yamazaki und Yoshikatsu Buchiyama.

Die Serie folgt dem täglichen, oft banalen Leben dieser schrulligen Truppe. Die meisten Tage verbringen sie in lethargischer Bereitschaft, spielen Videospiele, bestellen Mittagessen und bearbeiten Fehlalarme oder Vorfälle, die gelöst sind, bevor ihr veralteter Ingram überhaupt zum Einsatz kommen kann. Diese Monotonie wird jedoch von seltsamen und gefährlichen Fällen unterbrochen, die nur eine Labor-Einheit lösen kann. Eine erste Krise sieht das Team mit einer demütigenden öffentlichen Geräteinspektion beauftragt, einer Falle höherer Polizeikräfte, die die SV2 endgültig auflösen wollen. Eine andere Mission zwingt Akira, sich auf einem Highschool-Treffen mit ihrer Vergangenheit auseinanderzusetzen, während sie einen gestohlenen sowjetischen Militärlabor namens Roter Labor observiert, was zu einer angespannten Konfrontation auf dem Land führt.

Bemerkenswerte Handlungsstränge erkunden die persönlichen Hintergründe der Charaktere. Kasha muss sich einem ehemaligen Kameraden stellen, der zu einem tödlichen Attentäter auf einen russischen Offiziellen geworden ist, und muss entscheiden, wo ihre Loyalität wirklich liegt. In einem Moment absurder Komödie macht das Team Urlaub in der heißen Quellen-Stadt Atami, nur um in eine Verschwörung verwickelt zu werden, die ein mysteriöses Seemonster, einen gierigen Bürgermeister und einen abtrünnigen Filmregisseur umfasst und dabei Kaiju-Film-Tropen mit polizeilicher Ermittlungslogik vermischt. Eine ernstere Bedrohung entsteht, als eine Serie von Zeitbomben im SV2-Hangar entdeckt wird, was zu einer angespannten Evakuierung und der Suche nach dem Verräter in den eigenen Reihen führt. Diese Handlung gipfelt im letzten Kapitel, wo die Krankheit des Polizeipräsidenten ihren Feinden die Chance gibt, die SV2 endgültig zu schließen. Kapitän Gotoda lässt eine Untersuchung seiner Vergangenheit zu, die enthüllt, dass er einst einen nie verwirklichten Staatsstreich plante, was seine Karriere und die Zukunft der Einheit aufs Spiel setzt.

Die Realfilm-Serie bewahrt das markenzeichenhafte Gleichgewicht der Franchise aus trockenem Humor, bürokratischer Satire und plötzlicher, intensiver Mecha-Action. Die Geschichte dieser unangepassten dritten Generation steuert auf den Spielfilm The Next Generation: Patlabor: Shuto Kessen (Hauptstadt-Showdown) zu, der das andauernde Rätsel um Gotodas Vergangenheit und das Schicksal der SV2 in einer ernsteren, großangelegten Verschwörung auflöst.