《三人行必有我妹》围绕着私立鹰栖学园学生妹之山残展开。妹之山残本是普通高中生，却突然得知自己有个素未谋面的妹妹，并且父亲留下遗言让他在学校里找出妹妹，成功相认就能继承巨额遗产。在寻找妹妹的过程中，他身边围绕着各种性格迥异的美少女。有傲娇的神前美月，她表面对妹之山残态度恶劣，内心却有着别样的情感；还有温柔可爱的桐谷华，总是默默关心着妹之山残。随着故事推进，各种误会和搞笑情节不断上演，妹之山残在与这些女孩的相处中，逐渐揭开妹妹身份的神秘面纱，同时也收获了珍贵的友情与爱情。
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