《灰羽联盟》讲述了一个发生在灰暗而宁静的城市栗城里的故事。这里生活着一群长着灰色羽翼的孩子，他们受到灰羽联盟的暗中保护，免受外界侵扰，日复一日过着平静的生活。孩子们不知道自己究竟是谁、来自哪里，也不明白背后那对翅膀究竟意味着什么。他们在栗城出生、成长，没有亲人，没有故乡，甚至没有关于过去的记忆。对他们而言，只要永远留在栗城，就能平安地生活下去。
一天，孩子们迎来了新成员落下（广桥凉 配音）。空（矢岛晶子 配音）、光（折笠富美子 配音）和砾（野田顺子 配音）作为前辈，欣喜地接纳了她。然而，这只是故事的开端。随着真相逐渐浮出水面，这些善良而单纯的孩子们开始面对自身的秘密。得知一切之后，她们还能否张开灰色的翅膀，离开栗城，飞向天空？
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