고교 1학년 겨울, 스즈미야 하루히가 이끄는 SOS단원들은 전과 다름 없는 평범한 일과를 보내며 다가오는 크리스마스에는 부실에서 전골 파티를 열 계획을 세우고 있었다. 하지만 12월 18일 아침, 평소의 등굣길에서 쿈은 감기에 걸린 같은 반 타니구치와의 대화가 이상하게 어긋나는 것에 위화감을 느끼는데, 교실에 들어가니 독감이 유행이라며 많은 사람이 콜록대고 있었고 자신의 뒷자리의 하루히도 그 중 하나였다.
점심시간, 쿈은 구니키다와 점심을 같이 먹는데 타니구치와 마찬가지로 대화가 잘 되지 않고, 그 때 독감에서 회복됐다는 여학생들이 교실로 들어오는데 그 중 반년 전 나가토 유키와의 전투에 패해 소멸한 후 표면적으로는 캐나다로 전학간 것으로 된 반장 아사쿠라 료코가 분명한 자신의 뒷자리인 스즈미야 하루히의 자리에 앉는 게 아닌가!
이에 쿈은 경악하며 아사쿠라를 추궁하고 과거사실을 얘기하자 주변의 급우들에게 정신착란 취급을 받고 쿈은 같은 반 친구 누구도 절대 잊혀질 수 없는 하루히의 존재와 아사쿠라 료코의 전학에 대해서도 전혀 모른다는 것에 믿을 수 없다며 출석부를 확인하는데 정말로 명부 어디에도 하루히의 이름이 없자 혼란스러움을 극복하고자 다른 SOS단원인 고이즈미 이츠키를 찾아 9반으로 향하지만 9반 교실이 있었던 자리에는 비상계단으로 이어지는 층계만이 있을 뿐 고이즈미는 커녕 9반 자체가 존재하지 않는 상태였다.
정신적 공황을 겪은 하루를 보내고 이튿날 복도에서 우연히 SOS단원인 아사히나 미쿠루를 만나 반가움을 표하지만 그녀는 더 이상 미래인이 아니었으며 SOS단의 기억 자체가 없고, 오히려 미쿠루는 그를 자신의 스토커로 오인하고 쿈의 뺨을 후려갈긴다. 망연자실해진 쿈은 마지막 보루로 SOS단이 점거하고 있던 문예부실을 찾아가는데 그곳에는 평소와 달리 안경을 끼고 놀란 모습으로 쿈을 맞이하는 수줍은 나가토 유키만 있을 뿐. 하루 아침에 자신의 머리 채를 잡아 끌던 민폐녀 하루히의 실종과 함께180도 변해버린 세계에서 쿈은 갈등하며 하루히를 찾기 위해 단서를 추적해 가고 SOS단이 존재하던 원래 세계로 돌아가기 위한 고군분투를 시작하는데….
