Rail Wars! rozgrywa się w alternatywnym wszechświecie, w którym japoński rząd zachowuje kontrolę nad krajowym systemem kolejowym. Dzięki stabilności zapewniającej przywództwo rządowe, sieć kolejowa może się rozwijać. Naoto Takayama dąży do zostania pracownikiem Japan National Railways, ponieważ pozwoliłoby mu to prowadzić komfortowy styl życia. Aby tego dokonać, dołącza do programu szkoleniowego, w którym studenci muszą udowodnić swoją wiedzę na temat pociągów oraz gotowość do stawienia czoła wszelkim wyzwaniom, które mogą się pojawić. Podczas tego okresu poznaje innych studentów, w tym utalentowaną sportowo Aoi Sakura, wiecznie głodnego Sho Iwaizumiego oraz żywą encyklopedię Harukę Komi. Razem dążą do przetrwania okresu szkoleniowego, radząc sobie z kieszonkowcami, zagrożeniami wybuchem i nadchodzącą obecnością ekstremistycznej grupy „RJ”, która dąży do prywatyzacji systemu kolejowego.