Adesso che Arrow è riuscito a mettere la criminalità in ginocchio, Oliver decide di dedicarsi alla sua vita privata, ma sia lui sia Roy devono mettere da parte i loro piani quando un nuovo Conte Vertigo appare sulla scena del traffico di droga, inoltre Ollie deve vedersela con un affascinante uomo d'affari che ha messo gli ocche sulla Queen Consolidates. Diggle intanto sta imparando a fare il papà, Quentin è stato promosso e Laurel si è unita al Team Arrow.

Oliver sta cercando di rintracciare sua sorella Thea mentre Diggle è alla ricerca di una persona scomparsa. Felicity intanto cerca di abituarsi al suo nuovo lavoro.

Nyssa è convinta che sia stato Malcolm ad uccidere Sara, ma Oliver non è sicuro di questa conclusione. Mentre i due indagano per scoprire la verità, Laurel è pronta a tutto pur di vendicare sua sorella. Roy intanto, cerca di riallacciare la sua storia con Thea.

La madre di Felicity, Donna, arriva in città proprio mentre un gruppo terroristico, noto come Brother Eye, scatena un cyber-attacco con un virus che paralizza la città. Felicity si rende conto che la mente dietro l'attacco è una persona di sua conoscenza e che il codice usato è stato scritto da lei quando era al college. Oliver e Thea cercano di riconciliarsi mentre Laurel commette un grave errore di giudizio.

Ted Grant è il primo sospettato in un caso di omicidio dopo che un cadavere viene ritrovato alla palestra Wildcat e il Team Arrow cerca di scoprire il vero colpevole. Roy parla in confidenza con Felicity di quanto ha ricordato sull'omicidio di Sara.

Oliver è alle prese con una serial killer ossessionata da Arrow, una ragazza di nome Carrie Cutter convinta che l'eroe mascherato sia la sua anima gemella. Pur di catturare la sua attenzione Carrie farebbe di tutto, compreso ammazzare gente innocente. Intanto Ray chiede a Felicity di essere la sua dama durante una cena di lavoro con dei clienti molto importanti. Thea sta facendo audizioni per il DJ del Verdant e fa conoscenza di Chase, con cui fa immediatamente scintille.

Oliver, Arsenal e Diggle sono sulle tracce di un killer chiamato Digger Harkness e durante le indagini si imbattono in un team dell'A.R.G.U.S. Oliver e The Flash lavorano insieme per fermare il killer prima che sia troppo tardi.

Nyssa ritorna in città e comunica ad Oliver che suo padre, Ra's al Ghul, gli da' 48 ore di tempo per trovare l'assassino di Sara prima che la Lega degli Assassini cominci a decimare gli abitanti della città. Laurel intanto rimane sorpresa dalla visita di sua madre, tornata a Starling City per le feste natalizie. Ray cerca di farsi perdonare da Felicity.

Il team viene informato da Malcolm Merlyn che Oliver è morto. Ray Palmer intanto, sta testando la sua armatura ATOM sulle strade. Laurel decide di continuare l'opera di sua sorella prendendo il suo testimone e diventando Black Canary.

Arsenal e Diggle parlano con Lauren e cercano di convincerla a cambiare idea sul fatto di continuare l'opera di giustiziere con il nome di Black Canary. Tuttavia quando il team deve vedersela con il criminale Brick che ha rapito i consiglieri comunali e minaccia di ucciderli, ogni aiuto è prezioso. Anche Ray fa la sua parte, aiutando la polizia e Lance a combattere Brick, mostrando a Felicity un nuovo lato di sé stesso.

Ancora privi del loro leader e ormai disperati nel tentativo di combattere Brick, il team è costretto a considerare l'offerta di Malcolm, visto che l'arciere nero ha un conto personale da pagare con il criminale. Roy e Laurel sono convinti che hanno bisogno di tutto l'aiuto possibile per salvare le vittime innocenti, ma Felicity è assolutamente irremovibile nella sua opinione su Malcolm. I tre decidono di consultare Diggle per avere una decisione finale. Flashback sul passato mostrano la discesa di Malcolm da padre amorevole a killer a sangue freddo.

Oliver ha difficoltà ad adattarsi ai cambiamenti che sono occorsi in sua assenza all'interno del team. Inoltre è decisamente contrario all'idea di Laurel nei panni di Black Canary, ma lei lo ignora e si mette a caccia di Vertigo, che però la sorprende iniettandole la droga allucinogena.

Malcolm mette Oliver e Thea in una situazione pericolosa che li porta fino all'isola di Lian Yu, dove si trova imprigionato Wilson, alias Deathstroke. Durante un flashback vediamo Oliver tornare a Starling City con Maseo per recuperare l'arma biologica Omega e nonostante la Waller gli abbia proibito di contattare la sua famiglia, Ollie li spia di nascosto per vedere come se la stanno cavando.

Malcolm viene catturato da Ras al Ghul e portato a Nanda Parbat. Per amore di sua sorella, Oliver prende in considerazione l'idea di salvare il suo nemico. Ray è ossessionato dall'idea di finire la sua armatura così da poter proteggere la città, ma Felicity teme che stia facendo la stessa fine di Oliver e cerca di distrarlo e farlo uscire dal suo laboratorio.

Ra's al Ghul cerca di convincere Oliver ad accettare la sua offerta e gli spiega le virtù magiche del pozzo d'acqua che si trova in Nada Parbat, grazie alle quali è riuscito a sopravvivere così a lungo. Per dimostrare la sua buona fede, rilascia Diggle e Merlyn e "perdona" tutti i debiti di sangue. Il Capitano Lance informa Arrow che non lo aiuterà più dopo che ha scoperto della morte di Sara. Oliver informa Maseao che intende rifiutare l'offerta di Ra's. Nyssa decide di tornare a Starling City e aiutare Laurel nel suo allenamento. Ra's si vendica implicando Arrow in un omicidio che non ha commesso.

Diggle e Lyla si sposano per la seconda volta ma la loro luna di miele viene interrotta da Amanda Waller che li recluta per una missione insieme alla Suicide Squad. Intatno Ra's continua a inviare assassini travestiti da Arrow per farlo condannare sia dall'opinione pubblica che dalla polizia. Ray scopre che Arrow è Oliver, ma dopo averlo affrontato di persona, Oliver cerca di convincerlo che è vittima di un sabotaggio.

Durante un attacco all'ufficio del sindaco, Ray viene gravemente ferito. La madre di Felicity la raggiunge in ospedale per offrirle conforto. Oliver e il team fanno fatica a evitare la polizia, convinta che Arrow sia l'artefice dell'aggressione. Le cose si complicano ulteriormente quando Ra's Al Ghul rapisce il Capitano Lance.

Lance è ancora intenzionato ad arrestare Arrow e Felicity ordina a Oliver di starsene tranquillo e far calmare le acque. Tuttavia quando un meta-umano comincia a scatenare il caos in città, Oliver e Ray sono costretti a lavorare insieme per fermarlo.

Ra's al Ghul fa un'offerta a Oliver che non può rifiutare e il team lo accompagna nel suo viaggio a Nanda Parbat dove Felicity decide di prendere in mano la situazione.

Oliver sta attraversando una fase di transizione, Laurel si rivolge a Felicity e Diggley per dare una mano a Nyssa contro la Lega degli Assassini.

Oliver deve completare due prove prima di poter accettare il titolo di Ra's al Ghul. La vita di Nyssa è in pericolo, Malcolm si fa avanti con un'offerta per il team, mentre Thea va a trovare Roy.

Ra's al Ghul mette in moto il suo piano per distruggere la città , Oliver riesce a fermarlo grazie all'aiuto dei suoi alleati, ma alla fine della battaglia dovrà decidere che strada intraprendere per il suo futuro.