Seit mehreren Jahren operiert in Japan ein Undercover-Team namens Mazinger Angels, eine Gruppe von Frauen, die riesige Super-Roboter steuern, um die Erde vor verschiedenen Bedrohungen zu verteidigen. Das aktuelle Team besteht aus Sayaka Yumi, einer Oberschülerin und Pilotin des orange-weißen Aphrodite A; Jun Hono, einer häufigen Teilzeitangestellten, die den rot-weißen Venus A kontrolliert; und Hikaru Makiba, der Tochter eines Ranchers, die den blau-weißen Diana A steuert. Bald begrüßen sie eine Neue, Maria Fleed, die einen speziellen Helm nutzt, um ihre psychokinetischen Kräfte zu kanalisieren und den stärkeren lila Minerva X zu kontrollieren, nachdem ein anfängliches Missverständnis ausgeräumt wurde.

Das Team arbeitet wie eine Privatdetektei, löst Verbrechen und Vorfälle mit riesigen Robotern und Cyborgs, während ihre wahren Identitäten vor der Öffentlichkeit geheim gehalten werden. Der Manga ist als eine Reihe von meist in sich abgeschlossenen Abenteuern strukturiert, während die Angels gegen eine Galerie von neu interpretierten klassischen Schurken kämpfen. Baron Ashura, traditionell ein zusammengewachsenes Wesen, erscheint stattdessen als zwei getrennte Liebende, ein Mann und eine Frau, die eine mechanische Bestie einsetzen, um Diebstähle zu begehen und ihren Traum zu finanzieren, gemeinsam eine Insel zu kaufen. Andere zurückkehrende Feinde sind die neidische Madame Janus, der psychokinetische Erzherzog Gorgon und Graf Brocken, die jeweils verschiedene mechanische Bestien gegen die Angels einsetzen.

Während die Angels Fall um Fall lösen, beginnen sie zu vermuten, dass ein verborgener Drahtzieher Kriminelle mit Mechas für einen finsteren Zweck versorgt. Diese Figur entpuppt sich schließlich als der wahnsinnige Wissenschaftler Dr. Hell, der von seiner Festung Gool aus operiert und plant, die Welt zu übernehmen. Der eskalierende Konflikt gipfelt im Aufstieg des uralten Dragonsaurus, einer kolossalen Bestie, die einst die Mu-Zivilisation zerstörte. Mit Hilfe ehemaliger Mitglieder des Angel-Teams gelingt es den vier Pilotinnen, den Dragonsaurus zu zerstören und Dr. Hell endgültig zu besiegen, womit der primäre Handlungsbogen abgeschlossen wird. Der Manga enthält auch Crossover-Kapitel und Gastauftritte anderer Figuren von Go Nagai, darunter Akira Fudo aus Devilman und Honey Kisaragi aus Cutie Honey.