《应援团少女》讲述了樱木高中二年级学生桃山桃子的青春故事。一枚飞出界的棒球意外击中桃子的脑袋，也让她结识了棒球部的人气球员大岛。桃子很快迷上了这位备受欢迎的球员，却一直苦于没有机会靠近他。一次偶然的相遇，她认识了总爱在屋顶上高声呐喊的龙太郎。身为学校应援部唯一成员的龙太郎，在桃子的加入和积极宣传下，终于吸引到成员，应援部扩充为五人，而桃子也被推选为第50代团长。
然而，这支临时成立的队伍毫无应援经验，甚至间接造成了棒球队的失利。就在众人不知所措之际，应援部第23代团长柳原源藏找到了他们，并把五人带到集训基地。经历一连串严苛的训练后，桃子和伙伴们终于成长为合格的应援团成员，开始为校内各项比赛呐喊助威。
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