"Girls und Panzer der Film" setzt die Geschichte der Mädchen der Ooarai-Schule fort, die im Panzerkampfsport erfolgreich waren. Nach ihrem Sieg im nationalen Sensha-Dō-Turnier steht die Schule jedoch vor der Schließung, da die Bildungsbehörde die Finanzierung einstellt. Um dies zu verhindern, schlägt die Schülervertretung ein Freundschaftsspiel gegen eine All-Star-Mannschaft aus den besten Panzerfahrerinnen anderer Schulen vor. Sollte Ooarai gewinnen, wird die Schule gerettet; bei einer Niederlage wird sie endgültig geschlossen.

Miho Nishizumi, die Protagonistin und Kommandantin des Ooarai-Teams, übernimmt erneut die Führung. Zusammen mit ihren Freundinnen, darunter Saori Takebe, Hana Isuzu, Yukari Akiyama und Mako Reizei, bereitet sie sich auf den entscheidenden Kampf vor. Die All-Star-Mannschaft, bestehend aus erfahrenen und talentierten Panzerfahrerinnen wie Maho Nishizumi (Mihos ältere Schwester) und Erika Itsumi, stellt eine enorme Herausforderung dar.

Der Film zeigt die Vorbereitungen und Strategieentwicklungen beider Teams, wobei Ooarai kreative Taktiken einsetzt, um die überlegene Feuerkraft und Erfahrung der Gegner auszugleichen. Die Schlacht findet in einer groß angelegten urbanen Umgebung statt, die komplexe Manöver und Überraschungsangriffe ermöglicht. Während des Gefechts werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Charaktere deutlich, und die Teamarbeit sowie der Zusammenhalt der Ooarai-Mannschaft stehen im Mittelpunkt.

Neben den actionreichen Panzergefechten werden auch die persönlichen Beziehungen und Konflikte der Charaktere thematisiert, insbesondere die angespannte Beziehung zwischen Miho und Maho Nishizumi. Der Film kombiniert humorvolle Momente mit intensiven Kampfszenen und zeigt, wie die Mädchen von Ooarai trotz widriger Umstände ihre Ziele verfolgen und ihre Schule retten wollen.