L'action se situe dans un futur proche où les avancées technologiques ont permis à l'homme de créer les Labors, de gigantesques robots capables d'effectuer de nombreux travaux. Hélas, ils sont également utilisés à mauvais escient par des terroristes. Pour lutter contre ce nouveau type de criminalité, la police a dû créer une patrouille spéciale nommée "Patlabor".

Nous sommes en 1999 dans un Tokyo où sont utilisés (pour les constructions, la police etc.) des « labors », c'est-à-dire des robots géants pilotés par l'homme. Malheureusement depuis quelque temps, certains labors sont pris d'une folie inexplicable. Une unité mobile de police va mener l'enquête pour en découvrir les raisons.

Un général dissident inquiète au plus haut point les autorités japonaises, car il est soupçonné de vouloir attaquer le pays par des méthodes terroristes. L'unité des robots Labors est mise sur l'affaire afin d'éviter un coup d'Etat. C'est le début d'une partie d'échec prenant pour plateau de jeu un pays entier...

Le développement technologique dans le domaine des engins de construction a permis la création de robots géants humanoïdes appelés les Labors. Ces machines versatiles sont vite devenues indispensables dans de nombreux domaines, notamment au niveau militaire. Toutefois, même un Labor civil peut être dangereux s'il est placé entre de mauvaises mains. Pour combattre cette criminalité d'un genre nouveau, les autorités se sont dotées de leur propres Labors. C'est ainsi que la Police de Tokyo a créé la section des Véhicules Spéciaux n°2 (SV2) et lui a confié les robots les plus avancés : les Patrol Labors, ou Patlabor.

La baie de Tokyo est le théâtre de tragiques événements. Plusieurs accidents s'y produisent et l'origine du phénomène qui les cause demeure encore un mystère. Les agents Kusumi et Hata, chargés d'élucider cette sombre affaire, s'aperçoivent que les diverses victimes sont à la fois les hommes et les Labor, ces gigantesques robots mis au point par les entreprises de construction japonaises à la fin du siècle et qui permettent d'effectuer de cyclopéens travaux d'aménagement.

Cette série d'OAV constitue la suite directe de la série TV : l'équipe de Noa Izumi se remet petit à petit de l'affaire du Griffon, ce labor terroriste qui a menacé l'équilibre géo-politique du Japon. Pourtant, de nouvelles raisons de s'inquiéter apparaissent : Noa apprend que l'on prévoit bientôt de remplacer son Labor Alphonse par un autre, plus performant. Entre sa crainte de perdre Alphonse, et celle de se trouver à nouveau confrontée au Griffon, Noa devient méditative, inquiète... Ses coéquipiers ne partagent pas du tout ses points de vue. Quoi qu'il en soit, la deuxième brigade a enfin réussi à prouver sa valeur face au Griffon, et ce n'est pas le moment de perdre ces avantages...