ライブストリーミングサイト「ニコニコ生放送」で2010年10月28日にて行われた『ニコニコ大会議2010秋〜それはロックか?〜』内にて、角川グループホールディンクス会長自らが発表した。また、公式サイトにおいても劇場版の制作が決定されたと掲載された。その後、2011年8月12日のコミックマーケットにてポスターが公開され、2012年3月17日に封切りされた。内容は完全新作となっており、劇場版公式サイトのトップページにあるシルエット画像には第501統合戦闘航空団の11人に加え、新キャラクターとして1人追加された。担当声優はTV第2期と同じで、新キャラの声優は公開直前まで公表されなかった。また他作品に登場していたワールドウィッチーズたちもゲスト出演している。主人公たちのあきらめない姿勢や迫力のある戦闘シーンがファンに評価され、ぴあ初日満足度ランキング（ぴあ映画生活調べ）では第2位となった。興行収入は2億3000万円。2012年4月には、設定資料集である「ストライクウィッチーズ 劇場版 オフィシャルファンブック コンプリートファイル」（角川書店　ISBN 978-4041101728）が発売されている。映画本編ではストーリー上の空白となっている、エイラとサーニャが巨大な物体と出会ってから大和に上船し出撃するまでの経緯も、本書で言及されている。入場者特典として、週代わりで3月17日からChaos TCG宮藤芳佳、24日からChaos TCG服部静夏、31日から応援画集上巻、4月7日から応援画集下巻が配布された。また、公開日以降に追加された新規上映館限定でオリジナルステッカーが配布された。2012年10月26日にブルーレイ・DVDが発売された。
第501統合戦闘航空団が本格的に解散し、魔力を失った芳佳は扶桑皇国で医学校への入学を目指して勉学に励んでいた。ロマーニャ解放後の1945年、扶桑皇国のウィッチ服部静夏軍曹が美緒の命を受けて現れ、欧州のヘルウェティア医学校からの招聘状を渡し、芳佳が留学するときには欧州まで護衛として自分が付き添うよう、指示されていることを話す。最先端の医学が学べると意欲を燃やす芳佳は留学を決意し、軍医少尉相当として現役復帰すると、静夏と共に欧州へ向かう。一方、ガリアが解放され、ヴェネツィアのレガタ・ストリカの再開が予定されるなど、小康状態にある欧州では、国境警備で確認されない不審なネウロイが現れていた。
1945年、黒田公爵家の血に連なる分家の娘である黒田邦佳は、第506統合戦闘航空団に参加するために本家の養子となった。彼女が着任したガリアの地には、対ネウロイ戦の勝利後を睨んださまざまな勢力の政治的思惑が渦巻いていた。ネウロイ防衛に集中することも許されず、彼女ら「ノーブルウィッチーズ」は自由ガリア政府と王党派という国家を二分する対立の中に否応なく巻き込まれてゆく。だが、そんなことより目の前の銭が最大の関心事の邦佳は、持ち前のバイタリティで身に降りかかる火の粉の如き状況をウィトゲンシュタインら仲間たちとともに乗り越えていく。
1945年春、第504統合戦闘航空団による人型ネウロイとのコミュニケーション実験が行われているヴェネツィア上空に、突如巨大なネウロイの巣が新たに出現し、以前のネウロイの巣は破壊されてしまい、人類は再びネウロイとの戦争を余儀なくされてしまう。第501統合戦闘航空団解散と共に除隊して扶桑皇国に戻っていた芳佳は中学校を卒業し、診療所を継ぐことを決めていたが、そこに亡くなったはずの父親からの2通目の手紙が届く。手紙のことで美緒を訪ねた芳佳は、欧州で緊急事態が発生したことを伝えるリネットからの無線を聞くが、一度は美緒にお前はもはや軍人ではないとして追い返されてしまう。その後、美緒が飛行艇で欧州へ向かうことを知った芳佳はストライカーユニットを装着し、美緒を説得して合流すると、再び欧州へ向かうのだった。
1971年（昭和46年）7月に、シングル「稚内ブルース」でデビューした「原みつるとシャネル・ファイブ」のファーストアルバムであり、同シングルからの2曲を除き、同時代のヒット曲をカヴァーしたアルバムである。全曲の編曲を船木謙一がおこなった。本アルバムは、1972年（昭和47年）に発売された近田春夫のバンド・ゴジラを中心にレコーディングされた洋楽のカヴァーアルバム『ROCK IMPULSE! ゴーゴー大パーティー』や、1976年（昭和51年）に近田春夫&ハルヲフォンを中心に企画された『リメンバー・グループ・サウンズ』など、当時のキングレコードが得意とする企画盤アルバムであり、新人であるシャネル・ファイブの演奏をよく知られた楽曲で聴かせる趣向のものである。アルバムA面に採用された楽曲は、「稚内ブルース」の作詞・作曲を手がけた藤本卓也の初期の代表曲である矢吹健のデビューシングル「あなたのブルース」（1968年）や「うしろ姿」（1969年）といった歌謡曲から始まり、バーブ佐竹の「ネオン川」（1965年）といった古風なメロディの楽曲を経て、シャネル・ファイブに強く影響を与えたといわれる内山田洋とクールファイブのヒット曲「長崎は今日も雨だった」（1969年）へ至る「盛り場歌謡」の楽曲の数々である。アルバムB面に採用された楽曲は、1965年（昭和40年）に公開された映画『網走番外地』（監督石井輝男、東映）の主題歌「網走番外地」、同年公開の映画『東京流れ者』（監督鈴木清順、日活）の主題歌で渡哲也（「東京流れ者」）と竹越ひろ子（「東京流れもの」）が共作した楽曲「東京流れもの」といった、作曲者不詳の俗謡や、戦前の1936年（昭和11年）に児玉好雄が歌い、1961年（昭和36年）に佐川ミツオ（佐川満男）がカヴァーしたヒット曲「無情の夢」、戦後間もない1949年（昭和24年）に三条町子が歌い、1964年（昭和39年）に大津美子がカヴァーしヒットした「かりそめの恋」といった、アナクロ調の曲のニューヴァージョンを目指した。全曲を編曲した船木謙一は、大津美子のシングル「優雅なる求愛」や榎本美佐江のシングル「浜木綿小唄」（1971年）の作曲者である。同アルバムはCD化されておらず、シャネル・ファイブ版「長崎は今日も雨だった」のみはCD化され、オムニバス・アルバム『昭和のうた5 -昭和41年 - 61年-』（1989年、キングレコード）に収録された。