シンジとカヲルを乗せたエヴァ第13号機は、アヤナミレイ（仮称）の乗るMark.09とともにサードインパクト爆心地であるセントラルドグマ最深部へ辿りつくが、カヲルは第2使徒リリスとMark.06に刺さる2本の槍を見て、そこにあるべき槍ではないと困惑し狼狽する。さらに、アスカの改2号機とマリの8号機の妨害を受けるが、シンジはそれを退け、カヲルの制止も拒んで遂に2本の槍を抜く。すると第2の使徒・リリスの骸が形象崩壊し、Mark.06の体内に潜んでいた第12の使徒が活動を再開、黒いケーブル状の姿を現して第13号機を包み込む。しかし、第13号機が覚醒したことで、第12の使徒は第13号機に吸収されながら急激に縮み、収縮したコアは第13号機に噛み砕かれた。そして第13号機は疑似シン化形態を越えて覚醒する。
地表にあった第3新東京市が消滅し、荒廃したNERV本部へ戻ったシンジは、エヴァMark.09から降りたレイと改めて顔合わせし、碇ゲンドウからは渚カヲルとともにエヴァ第13号機に乗るよう命じられる。シンジはレイが生きていたことを知り、さらにピアノの連弾を通してカヲルと親しくなり次第に元気を取り戻すが、自身が起こした「ニアサードインパクト」が原因で14年の間にサードインパクトが起こり、一面真っ赤な荒廃した世界になったこと、そして今NERVにいるレイは別の複製体であり、自分の知るレイがまだ初号機の中にいることを知り、絶望する。第13号機完成後もシンジはエヴァに乗ることを拒むが、カヲルがシンジのDSSチョーカーを外して自分の首に移し説得したことで、カヲルと一緒に第13号機へと乗り込むことを決める。
ヴィレの艦艇「AAA ヴンダー」で目覚めた碇シンジは、ヴィレのメンバー、14年経ったミサトやリツコらと再会するが、「ニアサードインパクト」を引き起こした罪人・危険人物として扱われ、もうエヴァには乗らないように警告される。ヴンダーは Mark.04「コード4C」の襲撃を受けるが、空中戦を展開しそれらを殲滅する。その戦闘後、リツコはシンジに、初号機から保護されたのは彼のみで、（前作『破』で）第10の使徒から救出したはずの綾波レイは発見されなかったこと、そしてシンジが今後エヴァに乗ってそれを覚醒させた場合、装着された首輪「DSSチョーカー」が発動し死ぬことを告げる。そこに、NERVのエヴァMark.09がヴンダーを急襲し、シンジを連れ戻そうとする。Mark.09から呼びかけるレイの声を聞いたシンジは、ミサトたちの警告を無視してMark.09とともにNERV本部へ向かう。
前作『破』終盤で描かれた「ニアサードインパクト」から14年後。葛城ミサトをはじめ旧NERV職員らは、反NERV組織「ヴィレ」を結成し、NERVのエヴァを殲滅すべく活動していた。ヴィレは、式波・アスカ・ラングレーの乗るエヴァ改2号機と真希波・マリ・イラストリアスの乗るエヴァ8号機の2機によって、衛星軌道上にNERVが封印していた初号機を強奪する「US作戦」を実行する。改2号機は Evangelion Mark.04「コード4A」数体から妨害を受けるが、8号機の援護射撃でそれを突破。さらに初号機とともに格納されていたMark.04「コード4B」の迎撃により窮地に陥るも、一時的に覚醒した初号機によって助けられ、初号機とともに地球へと帰還する。
大災害「セカンドインパクト」後の世界を舞台に、人型兵器「エヴァンゲリオン」のパイロットとなった少年少女たちと、第3新東京市に襲来する謎の敵「使徒」との戦いを描いたテレビアニメ『新世紀エヴァンゲリオン』（1995年 - 1996年）を、新たな設定とストーリーで「リビルド」（再構築）したものが『ヱヴァンゲリヲン新劇場版』シリーズである。本作は2007年公開の『ヱヴァンゲリヲン新劇場版:序』、2009年公開の『ヱヴァンゲリヲン新劇場版:破』に続く第3作目にあたる。タイトルの「Q」は、当初は雅楽の用語「序破急」に由来する「急」とされていた。シリーズ第1作『序』は、TVシリーズ第壱話から第六話までのストーリーをほぼ踏襲していたが、第2作『破』からは、TVシリーズ第八話から第拾九話を元にしつつも、新たな登場人物、エヴァンゲリオン、使徒などが加わり『新劇場版』独自のストーリーへとシフトしていった。そして本作『Q』では、前作から14年後の世界におけるNERVと反NERV組織「ヴィレ」の戦いなど、TVシリーズや旧劇場版とは全く異なるストーリーが展開される。
当初は非冷房仕様で新製された本系列であるが、1972年（昭和47年）に新製された8156F - 8158F（富士重工製）から集約分散式の冷房装置が新製時より標準装備となり、それまでに製造された非冷房車も順次冷房改造工事が実施された。他社の20 m級通勤車がようやく8,000 - 8,500 kcal/hの分散式クーラー4 - 5基（もしくは集中式1基）を搭載し始めた時代に、東武は阪急電鉄や小田急電鉄とほぼ同時期により強力な10,500 kcal/h(12.2 kW/h)の集約分散式を採用し、各車4基搭載としている。これに伴い、屋根上室外機のスペースを稼ぐためにパンタグラフは従来より小型の下枠交差式パンタグラフPT-4801-Aに変更された。室内は当時の冷房車では珍しく最初から平天井構造となっている。改造工事は当初、西新井工場内の津覇車輌工業で実施する計画であったが、当時の同社は旧型車の3000系への更新工事で手一杯だったため、一部の工事はアルナ工機で行われた。同系列の更新が一段落すると津覇車輌で冷房改造が行われるようになり、1984年（昭和59年）までに全車の冷房化を完了している。なお、冷房化で取り外されたPT-42J菱形パンタグラフや押し込み式ベンチレーターの一部は、7800系更新車である5000系の車体新製に際して流用された。