Saito Hiraga dan Louise Françoise Le Blanc de La Vallière melakukan serangan setelah peristiwa Zero no Tsukaima: Princesses no Rondo. Bersama-sama, mereka berhadapan dengan Raja Joseph di Kota Suci Romalia dengan bantuan dua orang lainnya yang mengendalikan kekuatan "kehampaan". Namun di tengah banyak konflik di depan mereka, kejahatan kuno mulai muncul dalam bayang-bayang. Akankah ikatan dekat mereka berkembang menjadi sesuatu yang lebih atau akankah mereka hancur karena semakin sulitnya tugas yang harus mereka lakukan? Zero no Tsukaima F mengikuti kisah Louise dan Saito saat mereka menghadapi tantangan terakhir bersama.