TAMAYOMI: The Baseball Girls berpusat pada Takeda Yomi yang menyukai melempar bola dari kecil. Dan dirinya berjanji kepada teman masa kecilnya Yamazaki Tamaki, akan terus melempar bola dan menjadi Pitcher baseball ketika dewasa. Ketika dia SMP dan mengikuti klub baseball, selama 3 tahun waktu yang dia habiskan untuk melakukan belajar lemparan Magic Throw. Yaitu lemparan melengkung yang menipu pemain lawan, tapi impiannya pun sirna. Karena Catcher (penangkap bola) di klubnya tidak mengerti tentang lemparannya, dirinya yang merasa kecewa pun keluar dari klub SMP-nya.

Yomi ketika dia SMA bertemu dengan si kembar Kawaguchi Yoshino dan Ibuki, mereka juga sangat menyukai Baseball dan mengajak Yomi untuk bermain lagi. Di sekolahnya tersebut dia kembali bertemu dengan Tamaki, dirinya cukup kaget karena Tamaki melatih dirinya sebagai Catcher selama SMP. Yang membuat Yomi merasa bahagia adalah teman masa kecilnya bisa dengan mudah menangka lemparan Magic Throw nya. Dan akhirnya janji mereka berdua untuk terus bermain baseball terpenuhi. Setelah mereka semua masuk kedalam klub baseball SMA nya, kisah baru Yomi dan Tamaki untuk memenangkan kejuaranpun di mulai!