本作为《刀剑神域》动画系列第二季，共24集，包含《幽灵子弹篇》（1-14.5集）、《圣剑篇》（15-17集）、《圣母圣吟篇》（18-24集）三个部分。

特别会谈后的某天，桐人接到了隶属总务省“假想课”的菊冈诚二郎委托。 那是在枪械与钢铁的VRMMO“Gun Gale Online”(简称GGO)里突然发生的“死枪”事件。

被谜样角色以漆黑之枪的所击中的玩家，在现实世界里也会随之“死亡”……因故欠了人情而无法拒绝帮忙调查的桐人，虽然对于“假想世界”对“现实世界”发生物理影响这件事感到不可置信，但还是登入了“GGO”。

桐人为了寻找关于“死枪”的线索以及对于自身角色变化感到疑惑，而在不熟悉的枪战类型游戏里徘徊。这时对他伸出援手的，是一名习惯使用名为“黑卡蒂Ⅱ”的狙击步枪之少女诗乃。 全新故事就此展开！