Setahun setelah kabur dari Sword Art Online, Kazuto Kirigaya telah kembali ke dunia nyata. Namun, kedamaiannya berumur pendek karena insiden baru terjadi dalam game bernama Gun Gale Online, di mana seorang pemain bernama Death Gun tampaknya membunuh orang di dunia nyata dengan menembak mereka dalam game. Didekati oleh pejabat untuk membantu menyelidiki pembunuhan tersebut, Kazuto mengambil persona Kirito sekali lagi dan masuk ke Gun Gale Online, berniat menghentikan si pembunuh.
Begitu masuk, Kirito bertemu Sinon, penembak jitu yang sangat terampil yang menderita masa lalu yang traumatis. Dia segera diseret dalam pengejarannya setelah Death Gun, dan bersama-sama mereka memasuki Bullet of Bullets, sebuah turnamen di mana target mereka pasti akan muncul. Tidak yakin akan kekuatan sebenarnya dari Death Gun, 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 menghambat kemajuan mereka. Dalam permainan berisiko tinggi di mana korban berikutnya bisa dengan mudah menjadi salah satu dari mereka, Kirito mempertaruhkan nyawanya di dunia virtual sekali lagi.
