『ダンボール戦機』本編では「山野バン」を主人公に、「川村アミ」、「青島カズヤ」を初期パーティーメンバーとして、ストーリー進行に合わせ「郷田ハンゾウ」、「仙道ダイキ」、「海道ジン」が順次プレイヤーキャラクターとなる。このほか、機能追加版である『ブースト』および『爆ブースト』では、本編ではパーティーに含まれなかった一部のキャラクターがゲームクリア後に操作可能となる追加要素がある。
以下の設定などは、原作であるゲーム版での設定を中心に記している。アニメオリジナル設定などはその旨を断ることにする。日本人キャラクターの場合、未成年のキャラクターはファーストネームがカタカナ表記、成人キャラクターは漢字表記で揃えられている。※使用LBXは、ストーリー上メインで使っているもののみ記載。修理中などを理由に別の機体を借りて使用しているものは除く。
PSP、PlayStation Vita、ニンテンドー3DSに対応するシリーズ第二弾で、『ダンボール戦機』から連なる物語が展開される。PSP/PS Vita版は2012年10月18日発売。ゲームシステム面の新要素として、LBXのカラー変更機能が搭載されるほか、各武器に新モーションが追加される。また、PSPとPS Vita間での通信プレイに対応する初めてのソフトである。開発元はトライエース。3DSへの移植作となる『ダンボール戦機W 超カスタム』（ダンボールせんきダブル スーパーカスタム）は、2013年7月18日に発売された（当初は同年の6月27日に発売予定だったが延期された）。PSP/PS Vita版では、発売日当日の2012年10月18日（Ver1.01）、11月16日（Ver2.00）、12月6日（ver2.01）、12月21日（Ver2.02）と不具合修正のアップデートが行われた。またVer2.01以降のアップデートで、追加シナリオにして真の完結編にあたる「ミゼル編」がプレイ可能となる。3DS『ダンボール戦機W 超カスタム』では「ミゼル編」が完全収録されているほか、次回作『ダンボール戦機ウォーズ』に登場するLBX数体が先行登場する。
3D空間のマップ上でキャラクターを移動操作し、ストーリー進行や会話、ホビー用小型ロボット「LBX（Little Battler eXperience、リトル バトラー エクスペリエンス）」の本体・パーツの入手などを行う。
自称のジャンル名は「プラモクラフトRPG」である。バトルでは一般的なロボットアクションゲームのように、自分の機体をリアルタイムに操作して相手と戦っていく。機体やパーツが経験値を積んでレベルアップする、バトル中にアイテムを使用できるなどは、一般的なRPGの枠組みがベースになっている。
製作発表は2008年にレベルファイブの新作発表会である「LEVEL5 VISION 2008」で行われ、当初は2009年発売予定だった。翌年の「LEVEL5 VISION 2009」にて、2010年にゲームの発売と同時に、テレビアニメの放映とバンダイからプラモデルが発売されるなどの計画が公表され、さらに翌年の「LEVEL5 VISION 2010」において、2011年春から「ゲーム、アニメ、マンガ、プラモデルが同時平行で動く“クロスメディア展開”」と、ゲームソフトのパッケージにプラモデルが同梱されるとの発表が行われた。ゲームソフトは予定から3ヶ月ほど遅れての発売となったが、プラモデルとテレビアニメ、漫画、カードゲームなどは2011年3月頃から相次いで発売・放映が開始された。本作からは日野はアニメ脚本の執筆も手がけており、後にアニメ『イナズマイレブン』シリーズでも執筆している。2008年という開発初期から情報が公開されていたため、現在と比較するとキャラクターデザイン、システム、ストーリーなどの変更点が多く存在する。青島カズヤや海道ジン、川村アミのデザイン、カスタムシステムは大きくリテイク、変更され、「ハンター」の名前は「ソルジャー」、「アキレス」の名前は「アキレス／V」で、最初期はアクションRPGでなくコマンド選択式RPGで一部のキャラが持っているLBXが違い、マップのカメラワークも違った。カスタムシステムはコアパーツも3Dで描かれていて、そのパーツに各説明が書かれていた。また、色も変えられた。
当主になった盛見は義弘時代の栄華を取り戻すため、北九州方面に進出した。了俊の後任となった九州探題渋川氏に代わって北九州を担当、幕府の信任を得て豊前国守護にも任命されたが、少弐満貞・大友持直との戦いに敗れ、永享3年（1431年）に敗死した。しかし、跡を継いだ甥の大内持世（義弘の遺児）は盛見に匹敵する人物であり、6代将軍足利義教の信任を受け筑前守護に任じられ、少弐氏・大友氏を征伐するなど、大内氏の北九州における優位を確立した。また、この頃山口氏の系統が興った。大内持世は嘉吉元年（1441年）の嘉吉の乱に巻き込まれ非業の死を遂げるが、いとこで養子の大内教弘（盛見の子）が勢力を引き継いだ。その一方で、大内氏の歴代当主の家督継承時にはさまざまな理由で嫡子継承や円滑な家督継承が行われず、室町期の兄弟間の家督争いだけでも5件が知られている（義弘―満弘、盛見―弘茂、持世―持盛、教弘―教幸、義興―高弘）。このため、教弘の子政弘は父祖の年忌法要や系譜の整備を行うとともに、これまで漠然とした形でしか主張されていなかった「百済の子孫」という主張を一歩進めて「琳聖太子の子孫」であるという先祖説話を強調するようになる。その背景には朝鮮との外交関係上の便宜という意味もあったが、一族・家臣に対する当主の権威づけを図ったものであった（実際に朝鮮に対する大内氏関係の「偽使」とされるものには教弘・政弘父子と家督を争った大内教幸（道頓）が朝鮮へ派遣したとみられるものも含まれており、応仁の乱の一時期に教幸が室町幕府から大内氏家督を認められていた経緯からすると、「正使」と解することもできるものも含まれていた）。また、これと同時に朝廷においても歴代当主への贈位の働きかけなどを行っている。