在《盧利特村》長大的少年 ─ 桐人，與幼年好友尤吉歐背負著相同的天職，就是將巨大的黑樹「基家斯西達」砍倒。今天他們也為了砍倒巨樹而揮著斧頭，與他們倆青梅竹馬一起長大的愛麗絲，帶著她親手做的派來慰勞他們。在吃午餐的時候，三人決定遠行，前去英雄傳說中「盡頭山脈」的洞窟。尤吉歐雖然有點不安，害怕那會違反這世界的規則「禁忌目錄」，但是桐人和愛麗絲都說沒問題，於是出發的日子到來了。

遇到致命危機的桐人，醒來之後卻在一個很像奇幻遊戲的神祕世界裡。他記憶不是很明確地試著想要登出，卻沒辦法回到現實世界。桐人束手無策地在附近徘徊，結果遇到一名少年，少年的名字叫尤吉歐。桐人試著問他關於這個世界的事，但他並不知道登出的辦法。然後，尤吉歐開始告訴桐人與自己青梅竹馬一起長大的少女 ─ 愛麗絲的事。

桐人發現自己身處 STL（Soul TransLator） 的虛擬世界，為了想辦法盡快離開這裡，因此決定前去大城央都，尋找與菊岡他們聯絡的辦法，但是他在這裡人生地不熟，沒辦法獨自前去央都，需要有人協助。然而尤吉歐卻受到天命的束縛，不能離開，除非盡快砍倒巨樹，尤吉歐才能從天命中釋放出來。這時，愛麗絲的妹妹賽魯卡聽到愛麗絲被抓去央都的原因後，竟然失蹤了……

桐人和尤吉歐認為賽魯卡一定是一個人跑去盡頭山脈，所以也跟著她一起去了。然而，他們在洞窟裡卻遇到了從「黑暗領域」來的哥布林，不得不與他們搏鬥。桐人拿戰與哥布林戰鬥，但是尤吉歐卻因為第一次見到的「黑暗世界生物」而身體僵硬，無法動彈。桐人勇敢地戰鬥，但是哥布林的反擊，讓他產生了無法想像是虛擬世界的疼痛，使他因為恐懼而無法起身。桐人陷入絕境，而正當哥布林打算繼續揮刀時……

在「Underworld」裡，桐人朝著央都踏上旅程。另一方面，現實世界裡的桐谷和人卻依然處於昏迷狀態。在菊岡的建議下，他們把桐人送到設備更完善的醫院，但是明日奈和直葉去探望和人時，院方卻對她們說，桐人在恢復之前謝絕會面。明日奈她們覺得很可疑，推測桐人可能在他之前打工的地方，也就是正在研究「靈魂翻譯機（Soul TransLator）」的機構「拉斯（RATH）」。明日奈等人開始分頭調查拉斯，卻無法找到和人的下落……

明日奈潛入「拉斯」的研究設施「海龜（Ocean Turtle）」，嚴厲地逼問菊岡和人是否安好。菊岡像是死心了一樣，向她說明和人正在海龜的「靈魂翻譯機」中接受治療。明日奈總算是稍微放心，而與她一同潛入海龜的凜子，問菊岡為什麼要找自己到海龜來，而她們從菊岡所說的話中，知道菊岡開發靈魂翻譯機，其實有一個難以想像的目的。

桐人與尤吉歐離開盧利特村已經過了二年，他們來到了聖托利亞，進入了「北聖托利亞帝立修劍學院」就讀。他們在那裡每天修練，打算鍛鍊自己修劍士的技能，成為整合騎士，然後找出愛麗絲下落。桐人擔任學院次席修劍士索爾緹莉娜的「隨侍」，然而，在經過長期的交手訓練，她看出桐人藏隱了他真正的本領，在她的請託下，桐人答應將自己所會的技能全部展現給她看。

桐人要和學院首席學生渦羅·利邦提，用真劍交手。在觀眾好奇的眼光下，受到索爾緹莉娜的激勵，桐人與渦羅的比試開始了。渦羅一上來就架起祕藏奧義的架勢……看到這一點，桐人用直砍的四連擊「垂直四方斬」與之對抗。雖然兩人的力量不分上下，但是渦羅背負著利邦提家的祖先，那些戰士的「想像之力」，形成強大的劍壓，凌駕於桐人之上。

桐人和尤吉歐的隨侍緹潔與羅妮耶晚歸，桐人為了尋找她們而從房間的窗戶跳出去。芙蕾妮卡剛好和桐人交錯而過，到他們的房間尋找尤吉歐，她告訴尤吉歐，溫貝爾對她的羞辱，以及緹潔和羅妮耶去向溫貝爾抗議卻一直沒有回來。尤吉歐心裡有一種不好的預感，急忙趕到溫貝爾的房間，但是最糟糕的情況現在才正要發生。

桐人和尤吉歐成了違犯禁忌目錄的罪人，而出現在他們面前的是其中一名整合騎士愛麗絲·辛賽西斯·薩提，她確實是以前受到處罰的，與尤吉歐青梅竹馬一起長大的少女愛麗絲愛麗絲‧滋貝魯庫，然而她卻不記得與桐人和尤吉歐一起生活時的記憶，簡直就像另一個人一樣。桐人和尤吉歐雖然感到困惑，但兩人還是以重刑犯的身份被關到「中央聖堂」的地牢裡。另一方面，在現實世界的海龜，明日奈在看望著正在接受治療的和人時，在她前面出現了一架奇妙的機器人。

桐人與尤吉歐成功從地牢逃出來，但是在愛麗絲的命令下埋伏等待的艾爾多利耶·辛賽西斯·薩提汪卻擋阻在他們面前，三人展開一場搏鬥。桐人和尤吉歐為了繼續往前走，採用了一個戰略，由桐人防堵艾爾多利耶的手上的鞭子，在那其間由尤吉歐發動攻擊，他們用這個方式挑戰艾爾多利耶。然而，艾爾多利耶的冰之鞭如蛇般靈巧，而且會分頭攻擊兩人，桐人與尤吉歐陷入與強敵苦戰的局面。然而，尤吉歐卻突然發現他曾經見過艾爾多利耶……

中央聖堂的大圖書室裡，有一位名叫卡迪娜爾的少女隱身其中，尤吉歐和桐人得到她的幫助。她的真正身份是維持虛擬世界「Underworld」秩序的自主型程式。卡迪娜爾開始向桐人訴說，亞多米尼·史特蕾達的過去等「公理教會」與「禁忌目錄」的起源。桐人雖然極為震驚，但卡迪娜爾又告訴他一個事實 ─ 一個即將襲擊「Underworld」的可怕危機。

卡迪娜爾將世界的命運託付給桐人和尤吉歐，他們兩人朝著中央聖堂的最頂層而去。途中來到武器裝備保管庫，順利從數量龐大的武器裝備中找到兩人的愛劍，不過，整合騎士迪索爾巴德·辛賽西斯·賽門的弓箭卻向他們襲來，他操縱著「熾焰弓」射出無數箭矢，兩人好不容易將那些弓箭打落，迪索爾巴德手上應該已經無箭可射，但這時他的弓卻起了變化。

桐人與尤吉歐繼續在中央聖堂內往上走，結果還到了名為費賽爾與里涅爾的兩名少女。桐人與尤吉歐對於有小女孩出現在那裡感到驚訝，沒想到費賽爾與里涅爾真正身份是整合騎士，並且出奇不意的用毒劍攻擊，讓他們全身麻痺。無法動彈的桐人與尤吉歐被帶到第五十層，整合騎士副騎士長法那提歐·辛賽西斯·滋在那裡等待著他們。

桐人在滿身瘡痍之中，總算是發動了「武裝完全支配術」，結束與整合騎士法那提歐的對戰。桐人與尤吉歐再次朝著中央聖堂的最頂層前進，他們來到了一座奇妙的升降機前面，在少女升降員的引導下，他們來到了第80層的「雲上庭園」，而這時出現在兩人面前的，正是尤吉歐在尋找的少女，拿著神器「金木樨之劍」的整合騎士愛麗絲．辛賽西斯．薩提。

在「雲上庭園」，桐人與愛麗絲兩人施有武裝完全支配術的劍互相碰撞，結果使得應該不可能會毀壞的中央聖堂外牆粉碎，桐人和愛麗絲掉出塔外。之後，桐人立刻把劍插進外牆的縫隙，也拯救了往下掉的愛麗絲。可是，兩人身為敵人，在這種命懸一線的情況下，也仍是彼此理念不合，於是桐人向愛麗絲提議，在回到塔內之前暫時停戰。

尤吉歐來到了中央聖堂的第90層，那裡是熱氣蒸騰的大浴場，感到困惑的尤吉歐，遇到了整合騎士貝爾庫利．辛賽西斯．汪，他正泡在熱水中舒緩因漫長旅途而導致的疲勞。貝爾庫利的身影沉穩平靜，卻擁有深不可測的威勢，尤吉歐雖然感到震憾，卻仍是獨自向他挑戰。另一方面，桐人與愛麗絲繼續攀爬中央聖堂的外牆。

桐人在與愛麗絲談話時，無意中說出了賽魯卡的名字，聽到那名字，愛麗絲的神情為之一變，桐人看到她那樣，就把整合騎士的真相告訴她。可是，愛麗絲沒法完全接受桐人所說的話，情緒極為激動。這時，在與貝爾庫利的生死決戰中昏迷過去的尤吉歐，被元老長裘迪魯金帶到了最頂層，在那裡等待著尤吉歐的是……

桐人與打破右眼封印的愛麗絲一起來到第90層的大浴場，在那裡發現已經被裘迪魯金化為石頭的整合騎士長貝爾庫利的身影──。愛麗絲為自己師父的悲慘的際遇流淚，但是恢復意識的貝爾庫利從迷濛當中使盡力氣，將尤吉歐的行蹤告訴兩人，聽到這件事之後，桐人揹起丟在那裡的藍薔薇之劍，前去追擊裘迪魯金，並在抵達元老院之後，看到了驚人的一幕。

阻擋在桐人與愛麗絲面前的是，已接受「合成祕儀」，成為整合騎士的尤吉歐。感到震驚的桐人，在愛麗絲的喝斥之下，總算下定決心與他全力一戰。桐人與尤吉歐兩人使出艾恩葛朗特流的劍技，越來越激烈地交戰。即使在戰鬥中，桐人也拼命地想要說服尤吉歐，但是……

在中央聖堂的最頂層，桐人和尤吉歐、愛麗絲終於來到亞多米尼‧史特蕾達所在之處。然而，用神聖術幻化成巨大小丑的裘迪魯金向三人發動攻擊，愛麗絲用「金木樨之劍」擋下裘迪魯金釋放出的火焰，桐人和尤吉歐趁機聯手攻擊他。亞多米尼‧史特蕾達在一旁鉅細靡遺地觀看這一切，同時對桐人他們提問。

為了與恩怨糾纏了幾百年的對手亞多米尼．史特蕾達做個了斷，卡迪娜爾出現在中央聖堂的最頂層，身為負責維持秩序的程式，她是為了抹除亞多米尼‧史特蕾達而展開行動，但是巨劍魔像卻再度起身阻擋在她面前。而卡迪娜爾聽完亞多米尼‧史特蕾達所說的話，發現隱藏在巨劍魔像裡的真相，感到非常激動。

桐人帶著傳承自卡迪娜爾、尤吉歐，以及愛麗絲的意念，再次站起身。為了打倒「人界」最強大的存在亞多米尼．史特蕾達，桐人加強自己的意志，腦中展現的意象是以往攻略《SAO》的頂級玩家「黑色劍士」的姿態。桐人帶著在這世界相遇的所有人的心意，舉著兩把劍一個人奮勇挑戰亞多米尼．史特蕾達。