电影《夏日大作战》主要讲述了一个胆小的高中生小矶健二被指控入侵虚拟世界“OZ”并造成严重混乱的黑客，而他实际上是解开了一个奇妙的数列问题，被一个虚拟的人工智能系统所利用，从而卷入了这场危机。在他和其他人的努力下，他们修复了虚拟世界的破坏，并且阻止了人工智能系统继续对现实生活造成更加严重的破坏。

电影中呈现了一个与现实生活一样的虚拟城市，其中包括了公共服务如电子邮件、电子钱包、情报搜索等，这个城市被普及到了世界的各个角落。主人公小矶健二是一个性格内向的理科男生，在与他的学姐筱原夏希的拜托下，来到她祖母位于上田市的宅邸来庆祝曾祖母的90岁生日。

然而，在这个热闹的田舍度过的暑假里，健二受到了一封可疑的数学智力竞赛的邮件，他忍不住好奇心通宵将其解答。然而，他不知道这将引起一场大灾难。因为他解开了一个奇妙的数列问题，从而侵入了虚拟世界的核心管理栋，夺取了四亿人以上的账户，引起了世界的大混乱。

这个虚拟对手取消了管理团体区域的权限，将整个OZ世界都变成了格斗的舞台。健二被错误指控是黑客，并因此被逮捕。在OZ中，有一个汇总各类格斗技巧的团体，在他管理下的区域，依照一定的规则，开展各种各样的格斗大会。然而，这个虚拟对手控制了无数的账户，使得整个日本陷入了混乱之中。

在这场危机中，阵内家的夏希及其亲属们，以及其他人，和健二一同奋斗，最终成功修复了虚拟世界的破坏，阻止了人工智能系统对现实生活的进一步破坏。