Año 2015. Han pasado 15 años desde la catástrofe mundial conocida como el Segundo Impacto, la cual provocó el derretimiento de todo el continente antártico y el aumento en un 80% del nivel del mar. La ciudad de Tokyo 3 es atacada por Sachiel, el tercer ángel, y las Naciones Unidas hacen uso de sus mejores armas para detenerlo pero sin éxito, por lo que autorizan a Nerv, comandada por Gendo Ikari, para que se enfrente al agresor.
Shinji Ikari, hijo de Gendo, acaba de llegar a la ciudad convocado por su padre y es llevado por Misato Katsuragi, Jefa de Operaciones de Nerv, a las instalaciones de la organizacion. Gendo decide utilizar al Eva Unidad 01 contra el ángel y Shinji, al ver las heridas de la piloto Rei Ayanami, acepta pilotar la Unidad 01. Shinji no sabe controlar adecuadamente el eva y el ángel le provoca serios daños. Su desesperacion provoca que el eva entre en estado "berserk" y termina eliminando el "core" de Sachiel lo que provoca una gran explosión.
Luego de esto, Gendo rinde cuentas ante los miembros de Seele. En Tokyo 3, el personal de Nerv, liderados por Misato y Ritsuko Akagi, investigadora científica, estudian los restos del Angel. Shinji despierta en el hospital y luego de recuperarse, se muda con Misato y es transferido a la escuela local. Como recibimiento Touji Suzuhara le propina una golpiza, pues su hermana menor fue gravemente herida en la pelea contra el ángel. Shinji no se acostumbra a su nuevo ritmo de vida y su personalidad introvertida no le permite hacer amigos.
Dias despues aparece Shamshel, el cuarto ángel y Tokyo 3 se transforma para interceptar al agresor. Shinji sale con la unidad 01 e inicia el combate, pero se percata de la presencia de sus compañeros Touji y Kensuke Aida en los alrededores de la zona de combate y termina por permitirles ingresar al Eva. En plena batalla, se interumpe el flujo de energia al Eva, lo que le da con menos de cinco minutos de energía interna. Shinji efectúa un ataque suicida que derrota al ángel momentos antes de agotarse la energía de la unidad 01. Tras la batalla, Misato resondra a Shinji y este se va de su casa durante un breve tiempo. De vuelta a la escuela, Touji ha comprendido mejor lo que significa ser un piloto de eva y quiere que Shinji le devuelva el golpe, para estar a mano.
Mientras tanto, Rei efectua una prueba con el Eva 00 y sufre un accidente. Gendo va rescartarla del Entry-plug y sufre quemaduras en las dos manos. En ese incidente, los lentes de Gendo se rompen y Shinji los descubre al ingresar al departamento de Rei para entregarle su nueva credencial. Allí logra ver de qué manera atesora Rei esos lentes, además de llevarse una especial sorpresa. Ramiel, el quinto ángel, hace su aparición y el eva 01 sale a enfrentarlo, pero es seriamente dañado y se requiere un rescate de emergencia. Al verse libre de amenaza, el ángel empieza a penetrar en las placas acorazadas que protegen el Geo Front, las instalaciones principales de Nerv, las cuales podrá destruir en el lapso de unas horas.
Misato opta por utilizar un rifle positrónico para penetrar el AT Field de Ramiel, pero se necesitará una gran cantidad de energía por lo cual ocurrirá un apagón general cuando el rifle utilice toda la energía del Japón para cargar su disparo. A este plan lo llaman "Operacion Yashima". Shinji se atemoriza y Misato se ve obligada a mostrarle a Lilith, el segundo ángel, y explicarle que si algún ángel entra en contacto con Lilith ocurrirá el Tercer Impacto. A la hora prevista, la operación inicia con fuego de artillería para distraer a Ramiel, mientras Shinji hace de francotirador esperando que el rifle se carge. Shinji dispara pero Ramiel lo esquiva. El contrataque casi borra la montaña pero al eva no le pasa nada gracias a que Rei con un escudo lo protege. El rifle vuelve a cargar y esta vez tienen exito. Shinji saca a Rei de su Entry Plug. Kaworu, en la Luna, tiene una conversacion con Seele y les dice que tiene muchas ganas de conocer al piloto del eva 01.