Setahun setelah keluar dari Sword Art Online, Kazuto Kirigaya telah kembali ke dunia nyata. Namun, kedamaiannya tidak berlangsung lama karena sebuah insiden baru terjadi dalam game bernama Gun Gale Online, di mana seorang pemain bernama Death Gun muncul untuk membunuh orang-orang di dunia nyata dengan menembak mereka dalam game. Didekati oleh para petugas untuk membantu menyelidiki pembunuhan tersebut, Kazuto kembali menjadi Kirito dan masuk ke dalam Gun Gale Online, dengan tujuan untuk menghentikan si pembunuh.
Begitu masuk ke dalam, Kirito bertemu dengan Sinon, penembak jitu yang sangat terampil yang mengalami masa lalu yang traumatis. Dia segera terseret dalam pengejarannya terhadap Death Gun, dan bersama-sama mereka memasuki Bullet of Bullets, sebuah turnamen di mana target mereka pasti akan muncul. Tanpa mengetahui kekuatan Death Gun yang sebenarnya, Kirito dan Sinon berlomba untuk menghentikannya sebelum dia memiliki kesempatan untuk merenggut nyawa lagi. Namun, tidak semuanya berjalan mulus, karena bekas luka dari masa lalu menghalangi kemajuan mereka. Dalam permainan dengan risiko tinggi di mana korban berikutnya bisa dengan mudah menjadi salah satu dari mereka, Kirito mempertaruhkan nyawanya di dunia virtual sekali lagi.
