時は幕末。美空藩城下町の町娘、どれみ、はづき、あいこ、おんぷは観音堂ハナと名付けられた捨て子を見つけて途方に暮れている長屋に住む浪人・堀内孝之進と出会った。心配するどれみたちは一緒に面倒を見てあげることを約束、孝之進の元に通うどれみたちは長屋の子供達とも仲良くなり、孝之進の所に自然と子供達が集まるようになっていった。

そんな孝之進の所に「騒々しい」と文句を言いに来る大家・マジョリカ。だがその時ハナの玉飾りが光りだし、マジョリカだけがハナの不思議な力を目撃する。その途端マジョリカの態度が急変し、ボロだが大勢集まるにはふさわしい空き家を貸してやると言い出した。広い家に引っ越した孝之進は、ハナを囲む子供達に読み書きを教えるようになった。ハナを育てることに加えて、みんなで勉強するという楽しみが増えて活気に満ちる孝之進とどれみたちであ った。

しかし、美空藩を乗っ取ろうとする悪者オヤジーデは、自分の野望を邪魔する力を持つハナを水晶球で見つけると、ハナの母親に化け孝之進を騙してハナを奪い去るのであった。そんな時、どれみたちを不思議な光が包んだ。観音様の使いの天女マジョリカが現れ、ハナを救う為のタップをどれみたちに与える。タップを使い変身したどれみたちはオヤジーデの居る天守閣へと飛んでいった。

オヤジーデと対決するどれみたちは形勢不利だったが、ハナの魔力も加わってオヤジーデを撃退することに成功する。実は天女の子であったハナはその使命を果たし、観音様のお迎えが来て天上界に帰っていった。一方、孝之進は子供達の為に本格的に塾を開くことを決意した。彼こそが、後年の美空小学校創立者堀内孝之進なのである。