《钢铁天使久留美2式》延续了前作的世界观，将舞台设定在现代日本。神主之女神维那己与幼时好友皇歌夜在神社仓库深处发现了一条隐秘的地下通道，两人在探索中不慎迷路，却意外找到了沉睡中的钢铁天使久留美2式，并成功将其启动。随着久留美2式的苏醒，原本平静的校园与神社生活被卷入一连串超常事件之中。久留美2式作为新型钢铁天使，拥有独特的战斗能力与情感反应，她与那己、歌夜之间逐渐建立起深厚的信任与羁绊。作品在保留前作机械天使战斗元素的同时，更加注重角色间的情感互动与日常描写，通过轻松与紧张交织的剧情，展现了少女们面对未知威胁时的成长与抉择。钢铁天使与人类少女之间的羁绊，成为贯穿全篇的核心主题。