本項ではアニメについて解説する。部隊としての詳細や構成員一覧は502JFWを参照。
アニメ制作発表
2015年5月上旬、このチームを基軸とした新作TVアニメシリーズの制作が公式発表された。
新主人公及び新キャラクターとして雁淵ひかりとその姉・雁淵孝美がデザインされた。
キャッチコピーは「戦いたければ、強くなれ」。
2016年秋アニメとして、AT-X、TOKYO MX、テレ玉、チバテレ、tvk、KBS京都、サンテレビ、BS11、TVQ九州放送で放送。アニメーション制作はSILVERLINK.。
ちなみにBS11以外の放送局は『ストライクウィッチーズ』テレビシリーズを2作とも放送したことがある(BS11は第1シリーズのみ再放送扱いで放送。ちなみにBS波での本放送はBS日テレ)。またSILVERLINK.は2014年から2015年にかけてリリースされた『ストライクウィッチーズ』OVA三部作を制作した実績がある。
制作スケジュールの都合により、第4話の放送が1週遅れとなった。その穴埋めで「ストライクウィッチーズ」OVA三部作の第1作目を放送し、最終回の放送日程の調整を行った(外部リンク)。なお、これは地上波およびBS11での事であり、AT-Xに関しては変更はなされない（地上波版に合わせてOVAも放送された）。
最終回の放送はTOKYO MXとKBS京都のみ2016年内に行われ、それ以外の局は年が明けて2017年1月に行われた(外部リンク)。
主題歌
オープニングテーマ「アシタノツバサ」
作詞 - Mio Aoyama / 作曲・編曲 - 堀江晶太 / 歌 - 石田燿子
エンディングテーマ「LITTLE WING 〜Spirit of LINDBERG〜」
作詞 - 渡瀬マキ / 作曲 - 川添智久 / 編曲 - 岡野裕次郎
歌 - 回によって異なった。こちらを参照に。
※日本のロックバンド・LINDBERG（渡瀬、川添、平川達也、小柳"cherry"昌法の4人組）のカバー。原曲は共同石油（現：JXエネルギー→ENEOS）のCMに使われた。
各話リスト
| 話数 | サブタイトル |
|---|---|
| 第1話 | 佐世保の魔法少女？ |
| 第2話 | 羽ばたけチドリ |
| 第3話 | 第502統合戦闘航空団 |
| 第4話 | 戦いたければ強くなれ！ |
| 第5話 | 極寒の死闘 |
| 第6話 | 幸運を |
| 第7話 | 聖なる夜に |
| 第8話 | 君の瞳にぶどうジュース |
| 第9話 | ブレイクウィッチーズ |
| 第10話 | 姉と妹と。 |
| 第11話 | やってみなくちゃわからない |
| 第12話 | ひかり輝いて・・・ |
| 第13話(OVA) | ペテルブルグ大戦略 |
