《三次元女友第二季》延续第一季的故事，围绕着个性腼腆的男主角武见游马展开。游马在第一季中与三次元女孩小春相恋，第二季里他们的恋爱故事持续升温。小春依旧活泼大胆，毫不掩饰对游马的爱意，时常做出一些甜蜜又搞笑的举动，让游马又害羞又心动。 然而，恋爱的道路并非一帆风顺。他们面临着来自周围人的各种看法和干扰，比如游马的朋友对他们恋情的调侃，以及小春闺蜜的一些小考验。同时，游马自身的不自信也偶尔会引发两人之间的小矛盾。但每一次，他们都能通过沟通和相互理解化解问题，感情也在这个过程中不断加深。在校园生活的背景下，他们一起经历考试、社团活动等，共同成长，为观众呈现了一段真实又甜蜜的青春恋爱故事。