Im Jahr 2026 ist ein neues Augmented-Reality-Gerät namens Augma zu einem weltweiten Phänomen geworden. Anders als die zuvor entwickelten Full-Dive-Virtual-Reality-Systeme ist das Augma ein sicheres, benutzerfreundliches Headset, das digitale Inhalte in die reale Welt einblendet, während die Nutzer bei Bewusstsein bleiben. Seine Killerapplikation ist ein neuer Spieltyp namens Ordinal Scale, ein ARMMORPG, bei dem Spieler ihre Bewegungen in der realen Welt nutzen, um Monster zu bekämpfen und um rangbasierte Belohnungen zu konkurrieren. Das Spiel wird schnell zu einem beliebten Teil des Alltags und zieht die Aufmerksamkeit von Kirito, Asuna und ihren Freunden aus dem Sword Art Online-Vorfall auf sich.

Kirito ist zunächst zögerlich, dem neuen Spiel beizutreten, wird jedoch durch beunruhigende Gerüchte angezogen: Bosse aus dem ursprünglichen Sword Art Online-Deathgame tauchen als spezielle Raid-Events in Ordinal Scale auf. Für viele Spieler sind diese nostalgischen Kämpfe nur eine aufregende Werbeaktion, doch Kirito wird misstrauisch. Das Geheimnis vertieft sich mit der Einführung von Yuna, einer beliebten KI-Idol, die als Maskottchen für Ordinal Scale dient. Ihre Konzerte und unterstützenden Songs im Spiel bieten mächtige Buffs für die Spieler, was sie zu einer beliebten Figur in der Community macht. Als Kirito, Asuna und ihre Freunde wie Silica, Lisbeth und Klein beginnen, an diesen SAO-Boss-Raids teilzunehmen, treffen sie auf einen beeindruckenden Top-Spieler namens Eiji, der mit unglaublichem Geschick kämpft und Kirito zu kennen scheint.

Die unbeschwerte Atmosphäre des Spiels nimmt eine dunkle Wendung, als Asuna und andere SAO-Überlebende auf mysteriöse Weise ihre Erinnerungen an die Zeit in Aincrad verlieren. Nach einem besonders intensiven Kampf, in dem Asuna sich opfert, um einen Freund zu schützen, wacht sie auf, ohne sich an ihre Erfahrungen oder ihre Beziehung zu Kirito aus dem Deathgame erinnern zu können. Bei der Untersuchung des Zusammenhangs zwischen dem Gedächtnisverlust und dem Auftauchen der SAO-Bosse deckt Kirito einen finsteren Plan auf, der von Professor Shigemura Tetsuhiro orchestriert wird, einem Forscher mit einer schmerzhaften Vergangenheit, die mit dem ursprünglichen Sword Art Online verbunden ist. Zusammen mit Eiji nutzt der Professor das Augma, um die Hirnwellendaten der SAO-Überlebenden zu scannen und zu sammeln, insbesondere die starken emotionalen Erinnerungen, die mit den Bossen des Spiels verbunden sind, um die digitale Seele seiner verstorbenen Tochter nachzubilden, die die Inspiration für die KI-Idol Yuna war.

Als die Geschichte während Yunas erstem Live-Konzert im Neuen Nationalstadion ihren Höhepunkt erreicht, eskaliert das Vorhaben. Die Veranstaltung wird zu einer Falle, in der der mächtigste SAO-Boss, der Boss der 100. Etage, durch Augmented Reality in die reale Welt beschworen wird. Mit Asunas Erinnerungen und der Sicherheit aller Überlebenden auf dem Spiel muss Kirito in einem verzweifelten Kampf, der die Grenze zwischen Spiel und Realität verwischt, den Boss besiegen. Ihm wird durch einen Sinneswandel von Eiji geholfen, der seinen Rachefehler erkennt. In der finalen Konfrontation nutzt der ursprüngliche Geist der Tochter des Professors, der in Yuna bewahrt wurde, ihren Song, um die Spieler zu stärken, was Kirito ermöglicht, eine mächtige Schwerttechnik einzusetzen und alle zu retten, wobei die verlorenen Erinnerungen wiederhergestellt werden.