소꿉친구 코후네 우시오의 부고를 듣고 2년 만에 고향인 히토가시마에 돌아온 아지로 신페이. 장례식에서 친구 히시가타 소우를 통해 그녀의 죽음에 타살의 가능성이 있다는 사실을 알게 된다. 또 히토가시마 전승에 따르면 자기와 같은 모습의 '그림자'를 본 사람은 죽게 된다는데. 우시오의 여동생 미오는 우시오가 죽기 전에 언니의 그림자를 봤다고 말한다.

미오의 그림자가 쏜 총에 맞은 게 아니었나? 히토가시마로 가는 배 안에서 눈을 뜬 신페이. 어제와 똑같은 일이 반복되는 가운데 미오가 섬의 경찰관인 토츠무라를 식칼로 찔러 죽이는 장면을 목격한다. 그 시체로부터 토츠무라의 그림자가 생성되는 모습까지 보고 큰 충격에 빠지는데. 식칼을 든 미오가 그런 그를 다시 한번 노린다.

그림자 미오의 칼에 찔린 후 또다시 7월 22일이 반복되고. 그림자의 실체를 알아내기 위해 우시오의 장례식 다음 날 실종된 코바야카와 가족을 찾아간 신페이. 그곳에서 코바야카와 시오리의 그림자를 만나지만 간신히 위기를 넘긴 후 모든 사실을 소우에게 털어놓는다. 어느덧 찾아온 7월 24일. 신페이는 모처럼 친구들과 히토가시마 여름축제를 즐기지만 예상치 못한 일이 발생하는데.

여름축제 밤, 신페이 앞에 나타난 우시오의 그림자. 다른 그림자와 달리 진짜 우시오처럼 행동하는데. 신페이는 그림자를 경계하는 미오와 소우에게 들키지 않도록 우시오를 숨긴 후, 일행과 합류하기 위해 히루코 님으로 향하고. 그런 그의 앞에 또다시 미오의 그림자가 모습을 드러낸다.

신페이를 구해준 건 배에서 맞은편에 앉아 있던 바로 그 여자! 신페이가 존경하는 작가, 나구모 류노스케라고 자신을 소개한 그녀는 그림자에 대해 잘 알 뿐 아니라 '아지로 신페이'를 구하러 왔다고 하는데. 한편, 여름 축제 현장에서는 그림자에 의한 대학살이 벌어지고. 신페이가 친구들에게 달려가지만, 그림자는 이미 섬 전체를 집어삼키기 시작한다.

네 번째 7월 22일. 신페이와 배에서 처음 만났고, '나구모 류노스케'라고 이름을 밝혔던 그녀. 미나카타 히즈루의 고향도 히토가시마였다. 그녀는 휴대전화에 남겨진 수상한 메시지의 정체를 밝혀내기 위해 14년 만에 고향을 찾은 것. 그림자, 그리고 하이네의 존재를 아는 히즈루는 사냥꾼인 네즈와 합류하고, 대부분의 섬사람이 그림자와 바꿔치기 당했다는 사실을 알게 된다.

신페이가 정리한 타임루프 기록을 읽은 뒤, 신페이에게 일어난 일이 사실이라고 판단한 히즈루. 그림자에게 정체가 드러나지 않도록 많은 것을 입에 담지 않는 히즈루였지만, 신페이를 돕기로 한다. 코바야카와 가족의 그림자를 쓰러트리기 위해 그들의 집으로 향하는 신페이와 히즈루, 네즈. 세 명은 시오리의 그림자 포획에 성공하는데.

미오의 그림자를 쓰러트리기 위해 신페이는 코후네가로 돌아가고 히즈루와 네즈는 그를 지켜보기로 한다. 하지만 나중에 만나야 할 우시오가 갑자기 나타나고, 그녀는 신페이와 마찬가지로 24일 여름축제에서 루프했다고 하는데. 갑자기 일어난 일에 놀란 신페이는 상황을 정리하려 하지만, 미오의 그림자에게 예정에 없던 습격을 당하고 만다.

우시오의 유품인 휴대전화에 남은 동영상에는 우시오와 그림자가 함께 찍혀 있었다. 만난 뒤부터 동영상을 남기기까지의 일을 이야기하는 두 명의 우시오. 둘은 협력하여 그림자의 진상을 밝히기로 한 것이었다. 동영상을 보고 모든 기억을 되찾은 우시오는 자신이 죽기 직전의 일을 신페이와 소우에게 보여준다.

신페이, 우시오, 소우를 둘러싼 그림자들. 그러나 그들은 우시오 단 한 명만 노린다. 한편, 미오는 토츠무라와 함께 시오리의 그림자를 쫓고, 그런 두 사람을 히즈루와 네즈가 목격한다. 겨우 궁지에서 벗어난 신페이 일행 앞에는 의외의 인물이 나타나는데.

지금까지 '식사'라는 명목으로 히루코 님에게 죽은 사람을 바쳤다니! 히루코 님은 여름 축제 때 히토가시마 신사에 나타난 거대한 그림자가 어머니라 불렀던 소녀, 하이네였다. 토키코는 그림자들을 조종해 신페이 일행의 계획을 저지하려 하고. 거대한 그림자는 미오를 인질로 잡는다.

다섯 번째 7월 22일, 신페이는 히즈루가 그를 시간 여행자라고 확신하던 순간에 눈을 뜬다. 우시오를 통해 그동안의 일을 알게 된 히즈루는 신페이를 믿고 함께 행동하기로 한다. 하지만 시오리의 그림자를 죽이려던 일행은 예상치 못한 습격을 당하고. 또다시 루프한 신페이가 도착한 세계는 14년 전, 히즈루의 기억 속인데.

오래전, 친구 사이였던 히즈루와 하이네. 그러던 어느 날, 하이네가 공복을 참지 못하고 폭주해 버린다. 그렇게 히즈루 안에 류노스케가 살게 된 일련의 사건이 밝혀지는데. 다시 현재로 돌아온 신페이는 친구들을 학교로 불러 모으고, 우시오의 능력으로 그동안 있었던 모든 일들을 보여준다.

친구들과 결속을 다지던 신페이는 갑작스러운 그림자의 저격으로 일곱 번째 루프에 들어선다. 루프 시작점이 점점 늦어진다는 사실을 깨달은 하이네가 신페이를 계속 죽이는 방향으로 작전을 수정한 것. 그날 밤, 신페이 일행은 시데를 쓰러트리기 위해 다시 한번 학교에 모이고, 시데 또한 많은 그림자를 거느리고 나타난다.

그림자들의 총공격을 막아낸 신페이 일행. 우시오의 힘으로 미오의 그림자를 아군으로 끌어들이는 데 성공한다. 일행은 미오의 그림자와 토키코의 이야기로부터 단서를 얻어 히시가타 의원으로 향하지만, 건물은 텅 비어 있고. 의원 내에 히루코 동굴로 이어진 길에서 소우의 부모님을 발견한다.

소우의 아버지로부터 시데의 정체에 대해 들은 후 신페이 일행은 의원에서 휴식을 취한다. 다음 날 아침, 그들은 그림자를 없앨 계획을 세우지만 그림자는 숨어 모습을 드러내지 않고. 결국 신페이는 모든 것이 시작된 곳인 히루코 님, 즉 히토 신사로 향한다.

히토 신사의 신관장 카리키리를 찾아간 신페이는 지금과 똑같은 그의 모습이 찍힌 70년 전 사진을 보여준다. 그의 진짜 정체와 더불어 그가 돌아가신 부모님의 원수임을 알게 된 신페이는 그를 향채 총을 겨누지만. 카리키리의 모습에서 이상한 점을 발견한다.

우시오를 잃은 신페이 일행은 절망에 빠지고, 카리키리와 하이네는 새로운 움직임을 보인다. 신페이의 연락을 통해 우시오가 죽었음을 알게 된 미오와 히즈루는 각자 신페이가 정한 합류 지점으로 향한다. 그러나 미오 앞에는 카리키리가, 히즈루 앞에는 '신페이'가 기다리고 있는데.

사투를 벌이는 히즈루와 시데. 나머지 일행까지 합류하여 전투는 더욱 격렬해진다. 한편, 신페이와 미오의 그림자는 카리키리를 죽인 후 마지막 숨이 붙어 있는 토키코를 발견한다. 그녀는 서둘러 히즈루가 있는 토라지마로 가달라고 하는데. 신페이는 모두를 구할 수 있을까?

히즈루의 죽음으로 절망하는 신페이. 그러나 희망이 사라진 것은 아니다. 소우의 아버지는 시데가 자신의 시체를 예비 육체로 보관해 뒀을 가능성이 있다는 단서를 제공하고. 여기에 더해 여름 축제 당일이면 아무것도 모르는 다른 우시오가 돌아온다. 문제는 하이네와 시데도 이것을 알고 있다는 것.

목걸이에 남겨진 모든 기억을 이어받은 우시오. 신페이의 계획대로 그녀가 완전히, 완벽하게 부활한다. 그리고 자신의 머리에 총을 쏴 열 번째 루프를 시작하는 신페이. 이제 다음 작전은 히루코 동굴에서 본체를 공격해 하이네에게 치명상을 입히는 것이다.

마지막 순간에 우시오는 하이네를 죽이지 못하고, 쓰러트린 줄 알았던 시데가 다시 눈앞에 나타난다. 우시오가 가진 '관측자의 눈'을 손에 넣기 위해 시데는 하이네의 배를 가르고 우시오를 하이네의 고향으로 끌고 가려는데. 우시오는 혼자서 마무리를 지으려고 하지만, 신페이가 그런 그녀의 뒤를 쫓는다.

시데와의 격렬한 싸움 끝에 전투 불능 상태가 된 우시오를 대신해 신페이가 시데와 대치한다. 승리하려면 우시오의 해킹 능력을 시데에게 부딪히는 수밖에 없고 해킹 준비가 끝나기까지 필요한 시간은 2분. 마지막 전투의 막이 오른다.

시데를 쓰러트리고 모든 것을 끝낸 신페이. 그렇게 그림자인 우시오는 사라지고 만다. 새로운 7월 22일, 신페이는 2년 만에 히토가시마로 돌아가는 배에서 눈을 뜬다. 약간의 이질감이 느껴지지만 평화로운 섬과 반가운 얼굴들. 여름 축제 준비로 활기가 넘치는 섬에서 신페이와 우시오가 드디어 재회한다.