Tout comme le film Le vent se lève de Hayao Miyazaki, Sous le ciel de Tokyo... suit le quotidien d'un couple en pleine Seconde Guerre mondiale.Fin 1943. Shirakawa, un pilote de chasse ayant combattu dans diverses régions du monde, rentre enfin à Tokyo. Il vient d'être muté au Centre d'essais aériens de l'armée impériale. Après une longue absence, Shirakawa essaie de reprendre sa vie de famille auprès de sa femme Mariko. Sous le ciel de Tokyo... raconte le quotidien ordinaire d'un couple à une époque où la vie et la mort se côtoient chaque jour.

La situation est grave. Shirakawa, bien conscient de l'écart du potentiel militaire entre les deux camps, continue à protéger la Capitale depuis les airs. Puis, le 25 mai 1945, des milliers de bombes sont envoyées dans la région où se trouve sa femme Mariko, rentrée chez ses parents. Inquiet pour elle dans le cockpit, Shirakawa s'efforce de chasser les B-29. Quel est le destin du couple séparé entre les airs et le sol ?