Fünf Jahre nach den Ereignissen von Sadako 3D glaubt die Welt, dass der Fluch des tödlichen Videos beendet sei. Akane Ayukawa brachte eine Tochter namens Nagi zur Welt, starb aber kurz darauf aufgrund von Komplikationen bei der Geburt. Der Vater des Kindes, Takanori Ando, ist von Schuldgefühlen überwältigt und gibt Nagi für Akanes Tod die Schuld, was ihn dazu veranlasst, das Mädchen bei seiner jüngeren Schwester Fuko Ando aufwachsen zu lassen. Fuko, eine Psychologiestudentin im Aufbaustudium, kümmert sich um ihre kleine Nichte, während Takanori als Wachmann im Asakawa General Hospital arbeitet und Abstand zur Familie hält.

Fuko wird zunehmend besorgt, als sich seltsame Ereignisse um Nagi zu häufen beginnen. Das Mädchen ist still und isoliert, zieht es vor, verstörende Bilder zu malen, die die Angewohnheit haben, wahr zu werden. Als ein Tyrann aus Nagis Kindergarten ertrunken in einem Fluss aufgefunden wird, erkennt Fuko, dass Nagi die Szene vorher gezeichnet hatte. Weitere Todesfälle folgen, vom Familienbabysitter bis zu einem vollen Zugabteil mit Passagieren, alle scheinbar von Nagis Kunstwerken vorhergesagt. Fuko konsultiert ihre Psychiatrieprofessorin, Dr. Fumika Kamimura, die Fukos Ängste zunächst als Projektion ihrer eigenen traumatischen Kindheit abtut, in der sie den Suizid ihrer Mutter miterlebte.

Unterdessen wird Detective Mitsugi Kakiuchi mit der Untersuchung der bizarren Serie von Selbstmorden beauftragt. Seine eigene Frau war das erste Opfer, die sich nach dem Betrachten von etwas auf ihrem Laptop ihr eigenes Auge ausstach. Kakiuchi sucht Detective Yugo Koiso auf, der während der Ereignisse des ersten Films behindert wurde, und erfährt die Wahrheit über Sadako Yamamura und ihren gescheiterten Versuch, Akane zu besitzen. Kurz nach ihrem Gespräch schiebt eine unsichtbare Kraft Koisos Rollstuhl eine Treppe hinunter, was ihn tötet.

Entschlossen, Antworten zu erhalten, besucht Fuko den inhaftierten Seiji Kashiwada, einen Serienmörder, der auf seine Hinrichtung wartet und in dem vorherigen Film Sadakos Wiedergeburt ermöglicht hatte. Kashiwada enthüllt schaurig, dass Nagi nicht Akanes leibliche Tochter ist, sondern das Kind von Sadako. Er sagt Fuko, dass der einzige Weg, den Fluch zu stoppen, darin bestehe, entweder sich selbst oder das kleine Mädchen zu töten. Vor Angst fliehend, wird Fuko von Dr. Kamimura in eine Falle gelockt, die von Sadakos Einfluss besessen ist. Fuko kann entkommen, aber nicht bevor sie gezwungen wird, das verfluchte Video anzusehen, was sie für den Tod markiert.

Fuko konfrontiert Takanori und verlangt die Wahrheit. Er führt sie zu einem versteckten Raum im Krankenhaus, in dem Akane im Koma liegt, am Leben gehalten, um Sadako zu bändigen. Takanori erklärt, dass Akane sich von Sadako besitzen ließ, um sie von innen heraus zu bekämpfen, aber dieser Kampf führte zu einer übernatürlichen Schwangerschaft. Nagi wurde geboren, aber Akane kann nicht aufwachen oder ihre Tochter berühren, da jeder Kontakt es Sadako ermöglichen würde, vollständig in die Welt zu entkommen. Takanori besteht darauf, dass Nagi unschuldig ist und nicht für die Todesfälle verantwortlich, die tatsächlich von Sadakos verbleibendem Einfluss verursacht werden, der aus Akanes Körper herausreicht.

Die Situation gerät außer Kontrolle, als Detective Kakiuchi, verrückt geworden durch den Tod seiner Frau und seine eigene Exposition gegenüber dem Fluch, Nagi bis zum Krankenhaus verfolgt. Er greift Takanori brutal an und schießt auf die komatöse Akane, bevor er die Waffe auf sich selbst richtet. Als Akane stirbt, flutet der Raum mit Blut, das aus einem Phantombrunnen strömt. Sadako taucht auf, um Nagi als ihre Tochter zu beanspruchen. In der finalen Konfrontation weigert sich Fuko, das Kind aufzugeben. Sie schafft es, Nagi aus Sadakos Griff zurückzuziehen und beweist, dass Nagi eine menschliche Familie hat, die sie liebt und sie nicht dem Geist überlassen wird.

Tage später teilen Fuko und Nagi ein friedliches Picknick auf einer Wiese und haben eine neue Familie gebildet. Eine letzte Szene enthüllt jedoch, dass der Detective eine Sicherheitsaufzeichnung gesehen hatte, die zeigt, dass, während Nagi eine Kandidatin war, das wahre leibliche Kind von Sadako tatsächlich jemand ganz anderes ist, was die Bedrohung durch den Fluch weiterhin im Schatten lauernd zurücklässt.