NERV本部在进行模拟体测试实验时，于蛋白壁上发现异常，经MAGI判明为细菌规格的第十一使徒。该使徒能够急速分裂、增殖，控制模拟体后开始侵蚀MAGI系统，并提速NERV自爆。 对此，律子进入MAGI尚未被侵蚀的CASPER·3，依靠她母亲的残存记忆为使徒写入了自灭促进程序，之后，使徒歼灭。

人类补完委员会召开了特别召集会议，对NERV的成绩作总结。对于使徒侵入一事，碇源堂予以否认。与此同时，机体互换实验正在进行中。丽可顺利乘坐初号机，但真嗣却受到了来自零号机的精神污染。又一次陷入暴走状态的零号机，拼命地攻击观察室的窗户。这样的情形，在美里的心里引起了不少的疑问，但律子却对于暴走的原因予以保留。

在京都的废屋里与一个奇怪的女性交谈后，加持良治依旧执行他对NERV的侦探工作。第二日，真嗣与源堂一起来到唯的墓前，明日香则去应付约会。晚上，美里、律子与加持一同参加了友人的结婚宴会，在回来的途中，美里向加持吐露了自己的心声。翌日，在进行间谍工作的加持被美里发觉，于是，加持将她带到了被NERV隐藏的莉莉斯面前。

在EVA的同步测试中，真嗣超越了明日香。因此，他信心百倍地去迎击出现的第十二使徒，结果被使徒的虚像所迷惑，落入了使徒本体的虚数空间。由于无法脱离，真嗣将生命维持系统打开，等待救援。十六小时后，生命维持到达限界，在模糊的意识中，真嗣似乎看到了母亲。另一方，律子打算牺牲真嗣来回收初号机，但使徒忽然被初号机撕裂开来。

EVA四号机的S2机关搭载实验在美国进行。结果美国的NERV第二支部与其半径89公里以内的设施从此消失。为此，剩下的三号机的启动实验，转至日本的松代进行，而且驾驶员将由新挑选的第四适格者来担任。只是那个青年的名字，令美里担心。后日上课时，铃原东治被传唤至校长室，回来之后，他似乎变成了另一个人。

三号机运到后，美里也前往松代指挥启动实验，但她没能告诉真嗣有关东治的事。实验中，三号机失控，原因是被第十三使徒寄生。EVA三机出动拦截使徒，零号与二号机相继被击败。真嗣得知三号机内有驾驶员后拒绝执行任务。于是元渡命令打开初号机的模拟作战系统，将三号机撕成了碎片……