Rail Wars! berlatar di alam semesta alternatif tempat pemerintah Jepang tetap memegang kendali atas sistem perkeretaapian negara itu. Berkat stabilitas yang diberikan oleh kepemimpinan pemerintah, sistem perkeretaapian dibiarkan berkembang pesat.
Naoto Takayama bercita-cita menjadi karyawan Japan National Railways karena kehidupan yang nyaman yang akan memungkinkannya untuk dijalani. Untuk mencapainya, ia mengikuti program pelatihannya, tempat para siswa harus menunjukkan pengetahuan mereka tentang kereta api serta kemampuan mereka untuk siap menghadapi tantangan apa pun yang mungkin muncul.
Selama periode waktu ini, ia akan bertemu dengan siswa lain seperti Aoi Sakura yang berbakat dalam bidang atletik, Sho Iwaizumi yang selalu lapar, dan ensiklopedia manusia Haruka Komi. Bersama-sama, mereka akan berusaha untuk bertahan hidup selama masa pelatihan mereka, sambil menghadapi penjambret, ancaman bom, dan momok kelompok ekstremis "RJ" yang ingin memprivatisasi sistem perkeretaapian.
