聽聞自己的青梅竹馬 ── 小舟潮的死訊後，網代慎平回到了闊別兩年的故鄉，和歌山市的日都島。出席葬禮時，慎平的摯友菱形窗向他吐露：「潮的死有他殺的可能性。」甚至連潮的妹妹澪也說，潮是被殺害的。在日都島上流傳著這樣一個傳說：看到與自己一樣的「影子」的人就會死去。而在潮死去之前，澪說她曾看到過潮的「影子」。

慎平被澪的「影子」用槍擊穿了頭部，可恢複意識時卻發現自己在前往日都島的渡輪上。此後，「槍擊前發生過的」同樣的事又重複上演。獨自一人思忖的慎平，目睹了澪持刀刺殺島上派出所警察凸村的場面，還看到被殺害的凸村身上，生成了凸村的「影子」。正當慎平為眼前發生的事感到震驚之餘，澪拿著刀到他面前……

被「影子」澪刺殺的慎平，再次回到7月22日。為了調查「影子」的真相，在潮的葬禮的第二天，慎平來到一家人都失蹤的小早川家，遇到了導致潮出事故的少女，小早川詩織的「影子」。僥幸保住一條命的慎平，在無計可施之際，將事情經過向窗全盤托出。時間來到7月24日，是日都島的夏日慶典。慎平度過了片刻的安寧時光，但是……

夏日慶典之夜，潮的「影子」出現在慎平面前。與其他「影子」不同，她的行為舉止簡直就像生前的潮本人一樣，儘管慎平有些混亂，但與本無法再次相見的潮對話，使他掩飾不住喜悅的心情。由於澪和窗對「影子」心存戒心，慎平為了避開他們的視線，將潮藏了起來，很想與妹妹見面的潮流露出不滿的神情。隨後，慎平前往蛭子神處與窗等人匯合時，「影子」澪的身影再次出現。

將慎平從危機中解救出來的，是同乘一艘渡輪的一名女性。她自稱是南雲龍之介（即慎平所崇拜的作家的名字），並且說自己是來幫助「網代慎平」的。此外，她還掌握著許多與「影子」相關的知識。另一方面，在夏日慶典的會場內，「影子」正在進行著大屠殺。即使慎平前去救助，朋友們還是接連被殺。不久「影子」吞噬了島上的人們……

第四輪的7月22日。與慎平在渡輪上相遇，並向他報上「南雲龍之介」之名的女性 ── 南方日鶴，她的故鄉也是日都島，為了解開留在手機裡的一個神秘信息，她時隔14年再次返鄉。日鶴知道「影子」與「海涅」的存在，在與獵人根津會合後，她也了解到大部分島民都被「影子」所取代的事實。

飛鶴看了慎平所整理的關於循環的筆記，確定發生在他身上的事情是真的。她相信慎平所說的話，主要根據是她曾有過某種體驗。飛鶴對此不願多說，以免冒著被影子發現真相的危險，但她表示會幫助慎平。為了殺掉小早川一家的「影子」，慎平、飛鶴和根津前往小早川家。三人成功捕獲了詩織的「影子」，然而……

為了殺掉第一周出現的泠的「影子」，慎平在飛鶴和根津的守護下回到小舟家。但是，還「不應該存在」的潮卻出現了。潮與慎平一樣，都是在24日的夏日慶典上循環回來的。突如其來的事令慎平十分震驚，正當他想要理清狀況時，卻突然遭到泠的「影子」意料之外的襲擊。在潮的幫助下，慎平逃過了一劫，可潮卻因此被劃破了手臂。

在潮遺留下來的手機中，有一個拍攝了潮與潮的「影子」一起出現的影片文件。影片中，兩位潮開始講述從她們相遇到拍下影片為止所發生的事。潮雖然對堅信自己就是本人的「影子」潮感到困惑，但也很快就開始與她合作，一起尋找「影子」的真相。潮看了影片後，恢複了所有的記憶和力量，並試著想讓慎平他們體驗自己臨死前的情景。

慎平認為，潮與潮的「影子」一起去過的鷹之巢山上有關於「影子」的線索。那裡是窗的老家，有一棟菱形醫院的舊醫院樓。當天夜裡，慎平、窗和潮各自整理好裝備，前往舊醫院樓。

慎平、潮和窗被「影子」團團圍住，但「影子」的目標只有潮一人。與此同時，澪和凸村一起目睹了詩織的「影子」，並跟隨上她的腳步，追尋她的蹤跡。

窗的妹妹朱鷺子說道，他們一直以來都在給蛭子神提供稱為「食物」的死人。所謂的蛭子神，是一個穿著和服的少女，名為「海涅」，她正是被出現在日都島神社的「巨大影子」稱為「媽媽」的存在。

對於慎平來說，這是第五輪的7月22日。當慎平恢複意識時，剛好是日鶴確信他是時光旅行者的時刻。潮用自身的能力，讓日鶴體驗了至今為止的經歷，這一次，日鶴相信了慎平並決定與他們共同行動。

慎平恢複意識時，來到了14年前的世界 ── 日鶴的記憶之中。日鶴與海涅曾經是朋友。可有一天，海涅因難忍「饑餓」而吃掉了龍之介。

與慎平同樣進入輪迴的海涅，發現了慎平每進行一次輪迴，其起點就會逐漸往後推移，於是打算將慎平完全除掉。當晚，為了消滅四手，慎平等人再次集中於日都島中小學。

在與四手所率領的「影子」大軍戰鬥的過程中，澪提議將自身的「影子」變為同伴。潮便使用能力，讓澪的「影子」不再對慎平等人抱有敵意。據澪的「影子」所說，菱形醫院裡有關於「影子」的線索。

慎平等人從窗的父親，也就是菱形醫院的院長菱形青銅的口中，得知了四手的真面目後，決定在醫院待到7月23日。正當一行人為對付四手做準備而休息時，根津的身影出現，正準備去往某個地方。

慎平來到日都神社，拜訪了神社的宮司，雁切。隨後慎平指出，在一張70年前的照片中有雁切的身影，由此追問雁切，其真面目是否為菱形醫院的第一任院長 ── 菱形紙垂彥。

慎平等人失去了潮。在絕望的情況之下，紙垂彥與慎平的「影子」卻進一步採取行動 ── 分別聯繫澪與日鶴，製造出慎平只能拯救其中一方的局面。

日鶴與雁切之間展開激烈的戰鬥，朱鷺子所操控的吉爾與羅茲也前來幫忙，打鬥局面越演越烈。與此同時，慎平與澪的「影子」來到另一個雁切的面前。但先過去的澪和窗卻不見蹤影。

在慎平為日鶴的死陷入絕望時，他透過與影子澪的對話發現在日都島夏日慶典當天的7月24日潮可能會回來。慎平手持成為複活關鍵的潮的項鍊擬定最後的計劃。另一邊，察覺到此事的海涅與雁切也為了抓住潮而開始行動。

原本已殺掉的四手，卻再次現身在慎平等人面前。四手剖開波稻的腹部，將慎平和潮帶往波稻的故鄉。之後，慎平與體內的龍之介一起，尋找在途中失散的潮。

潮決心與四手決一死戰，但她也知道，要想打贏四手，必須徹底消除他的鎧甲才行。經過激烈的戰鬥後，潮被逼入絕境，於是慎平代替她與四手對峙。最後一戰拉開了帷幕。

四手被打倒，身為「影子」的潮也隨之消失。在新迎來的7月22日，慎平睽違兩年返鄉回和歌山市・「日都島」。他雖然感覺到些許的異樣感，但度過了一段和平的時光。而慎平與潮終於在此地重逢。