第四次聖盃戰爭即將開始，為贏得聖盃，參戰的魔術師互相蒐集情報，而可以確定的是此次戰爭中有遠阪家族的第五代當家遠阪時臣，聖堂教會的代表言峰綺禮，時鐘塔降靈科的講師肯尼斯，間桐家族繼承人間桐雁夜，時鐘塔的學生韋伯以及魔術師殺手衛宮切嗣，其中，時臣和綺禮表面是敵人，但私下結成同盟，綺禮要幫助時臣贏得戰爭。得到聖遺物後，魔術師們以此為媒介召喚英靈加入聖盃的爭奪之戰……

韋伯成功召喚出英靈Rider，當被問及將會如何使用聖盃時，韋伯的回答在Rider看來是愚蠢和狹隘的，身為Master的韋伯氣不過可又無可奈何，兩人決定先查找其他英靈的所在。另一方面，最後一位Servant被殺人狂雨生龍之介召喚出來，聖盃戰爭正式打響，綺禮開始行動他讓Assassin暗殺時臣，可卻被時臣的Servant抹殺。

失去Servant的綺禮向聖堂教會請求保護，然而Assassin被抹殺這件事根本就是綺禮和時臣的陰謀，他們不過是想讓其他Master放鬆警惕，不過，從愛因茲貝倫城來到日本的切嗣在看到關於Assassin的影像後，察覺到事情並非那樣簡單，而與切嗣分頭行動的愛麗絲菲爾冒充Saber的Master以保護切嗣的身份不被暴露，這時，另一位Servant—Lancer向Saber發出挑戰。

切嗣也到達了Lancer和Saber的戰鬥現場暗中觀戰同時尋找Lancer的Master，期間他看到了應該被消滅了的Assassin。Lancer和Saber兩人勝負難分，Lancer躲在暗處的Master令Lancer使用寶具盡快消滅對手結束戰鬥，可Saber毫不示弱，難以速戰速決，期間兩人也彼此知道了對方的真實身份，在遠處觀戰的Rider終於按捺不住，衝入戰場。

Lancer的Master對和Rider隨行的韋伯一陣羞辱，原來Lancer的Master就是韋伯的老師肯尼斯，Rider對那些藏匿於黑暗的敵人表示蔑視，這時，Archer和Berserker出現，可二人剛開戰Archer就被時臣用令咒強制撤退，Berserker突然暴走襲擊Saber，但被Rider阻止而撤退，戰場一片混亂，識趣的肯尼斯也命Lancer離開。在另一個地方，Caster從水晶球看到Saber認定她就是貞德。

Saber表明自己不是貞德後，Caster精神倍受打擊，便和龍之介陷入了更加喪心病狂的殺人中，但他們的行蹤也被Assassin反應給了聖堂教會，作為聖盃之爭監督言峰璃正，決定發動其他Master先除掉違反規則的Caster。另一邊，切嗣為除掉肯尼斯在他的住所放了火，但行動中差點被綺禮抓到。

聖盃之爭的監督言峰璃正更改規則，正式通知各位Master暫時停止爭鬥，全力圍剿Caster，並以令咒作為獎勵。切嗣和愛麗絲菲爾匯合商量接下來的對策時，Caster以一群孩子為人質將Saber引誘出來，由於Caster擁有統領惡魔軍隊的法術，Saber吃力迎戰，這時，Lancer趕來援助。而肯尼斯此次前來的目的是想趁機消滅Saber的Master。

舞彌和愛麗絲菲爾剛出城堡就遇上了入侵者綺禮，二人為保護切嗣雖拼盡全力，可還是不敵身為魔術師殺手的綺禮。與此同時，Saber以「風王鐵錘」為Lancer開路，趁此機會Lancer一招制敵，將Caster的寶具劃破，見勢不妙Caster先行逃跑，戰鬥暫時結束，Lancer急忙趕去救走被切嗣重創的Master，而Saber也趕去愛麗絲菲爾身邊。

由於中了切嗣的起源彈，肯尼斯失去全身的魔力回路，再也無法使用魔術，他的未婚妻索拉趁此機會將他的令咒強行奪取，成為了Lancer的Master。另一邊，韋伯發現冬木河口附近有異樣，深入調查後發現了Caster的老巢，誰想卻在這裡遭到了Assassin的襲擊，離開時，Rider一把火將這裡燒掉。

因為要參加聖盃戰爭，時臣將妻子葵和女兒凜送離冬木市。某日，凜的好朋友琴音突然消失，凜非常擔心便隻身一人前往冬木尋找音琴，按照父親送她的魔力針的指引，她一路找到一個地下酒吧，雖然找到音琴，卻也被殺人狂龍之介發現，打鬥中凜魔力爆發破壞了龍之介的手鐲，成功將大家解救。

切嗣去找肯尼斯時，Rider來到城堡找Saber喝酒，Archer也應邀而來，三人席地而坐，暢談王者之道。當Saber道出自己的願望是要推翻不列顛滅亡的歷史，拯救自己臣民時，卻被Rider的一番話所震撼，所謂王者不能壓抑自己的慾望，要一覽無餘的展現自己的魅力，對於臣民來說也並非一味的拯救而是要有正確的引導，這時，Assassin來襲，Rider使用寶具“王之軍勢”向Saber展示何為王者，並將Assassin消滅。

時機已到，時臣不再躲在暗處而是準備利用Archer的力量消滅其他Master。綺禮在和Archer的問答中，被壓抑的慾望和野心漸漸甦醒，並在Archer的言語引誘下意識到自己的愉悅，這時，綺禮手上出現令咒，他被聖盃選為新的Master。另一邊，切嗣為愛麗絲菲爾和Saber找到了新的活動據點。

Rider的記憶流入韋伯的夢裡，韋伯決定帶他去鬧市逛逛，回來的路上，韋伯因弱小的自己身為Rider的Master而感到自卑，Rider卻安慰他自卑正是胸懷霸道的徵兆。而另一邊，Caster和龍之介也計畫實現他們的“美學”，Caster在未遠河召喚出巨大的怪物，Rider，Saber和Lancer有所感應聚在一起，暫時休戰齊心合力對付Caster。

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時臣和Archer雖到達未遠河，可不論時臣如何勸說Archer都不願再出手，這時Berserker出現攻擊Archer，二人開始在空中打鬥，時臣找到雁夜，當雁夜問及櫻的事時，時臣的冷漠讓他惱羞成怒。Caster的攻擊越來越強烈，他憑藉著無限再生能力的不死之身，讓Saber等人陷入苦戰，當龍之介被躲在暗處的舞彌殺害後，Caster也愈發瘋狂。

Rider等人對這個大傢伙束手無策，便決定暫時撤退，再作商議，他用「王之軍勢」把Caster控制在固有結界以拖延時間，而接下來的行動就交給Saber等人了，這時，切嗣打來電話提醒Lancer解開Saber左手的詛咒，解除之後Saber使用寶具誓約勝利之劍將Caster一招擊斃。另一邊，雁夜被時臣打成重傷，暗中觀戰的綺禮本想殺掉他，可想到Archer的話，又改變了主意。

肯尼斯從言峰璃正那裡重新得到一枚令咒後，大肆斥責Lancer沒能保護好索拉。這時，Saber驅車前來，兩人決定一決雌雄，專心迎戰的Lancer沒注意到，在另一邊切嗣正以索拉為質脅迫肯尼斯簽訂強制咒文，Lancer因肯尼斯消耗掉剩下的所有令咒而滿懷怨恨的自殺離去，肯尼斯最終還是被舞彌射殺害。Saber對切嗣萬分失望，切嗣離開後，愛麗絲菲爾突然昏倒。

言峰璃正被殺後，綺禮按照父親留下的暗號將所有令咒轉移到自己身上。另一邊，愛麗絲菲爾答應了時臣發出的結盟邀請，但條件是讓綺禮退出聖盃戰爭，綺禮雖口頭答應但是他私下和Archer兩人早有謀害時臣之心，在與時臣道別的晚上，綺禮用時臣送他的短刀了結了自己恩師的性命，並和Archer締結新的契約。

切嗣曾經和父親幸福的生活在一座小島上，少女夏莉是父親的助手同時也是切嗣心儀的對象。但平靜的生活很快被打破，夏莉因父親的試驗而變成了食屍鬼，代行者和魔術師各懷鬼胎將這個全是食屍鬼的村莊燒燬，無助的切嗣為阻止父親繼續研究死徒，親手弒父，之後跟隨著他的救命恩人娜塔莉婭離開。

離開小島後，切嗣和娜塔莉婭相依為命，並逐漸走上了和她相同的道路。在某次委託中，娜塔莉婭接到了暗殺驅使蜂之使魔波爾扎克的任務，她在飛機上輕鬆殺掉波爾扎克，原以為任務順利完成，可沒想波爾扎克竟將毒蜂裝入自己體內，全飛機的人除娜塔莉婭以外都變成了食屍鬼，為了不讓悲劇擴大，切嗣在飛機降落前忍痛將其轟進了大西洋。

愛麗絲菲爾的身體逐漸崩壞，只能靜躺在魔法陣之中，切嗣從她身上取走劍鞘後便前往時臣的住所，在埋伏和潛入過程中，切嗣意識到時臣已死，這時，舞彌打來電話說Rider擄走夫人，切嗣使用令咒讓Saber趕去倉庫，而此時的舞彌已是奄奄一息，她拒絕了Saber的治療並讓她去追夫人，舞彌在見到切嗣最後一面，安心離去。

Saber追到Rider卻沒有看到愛麗絲菲爾，她用誓約勝利之劍打敗Rider後離開。與此同時，偽裝成Rider的Berserker將聖盃容器愛麗絲菲爾帶到綺禮和雁夜身邊，作為交換，綺禮安排雁夜和時臣見面，當雁夜到達教堂時卻發現時臣已死，而這一幕被葵看到，誤會了雁夜的葵戳中他的痛處，在精神錯亂的狀態下雁夜對葵發動了人身攻擊。

舞彌被殺，愛麗絲菲爾下落不明，衛宮切嗣又變成了孤獨一人，可他必須為了拯救世界而堅持戰鬥。綺禮從愛麗絲菲爾口中得知切嗣的理想後將她殺害。聖盃之爭接近尾聲，綺禮發出最後決鬥的信號，Rider上陣前，韋伯一次下了三道命令將令咒耗盡，可Rider還是以朋友的身份，帶著韋伯一起奔赴戰場。

在前方等待Rider的是Archer，兩人在短暫的酒宴後正式開始戰鬥，Rider雖使用「王之軍勢」，可這回Archer也認真了，他用能將世間萬物破壞殆盡的初開劍打破Rider的結界，拚死一搏的Rider，最終敗在Archer劍下。與此同時，Saber在和Berserker激烈打鬥中，驚訝的發現Berserker居然是自己的圓桌騎士蘭斯洛特，看到淪落如斯地步的蘭斯洛特，Rider話在她耳畔迴響。

Saber雖於心不忍但為了自己的理想還是將Berserker消滅。同時，綺禮和切嗣兩人終於在戰爭末端迎來殊死較量，就在雙方都要給彼此發出最後一擊時，切嗣進入了聖盃的內部，並在和聖盃進行問答後拒絕了聖盃，Saber眼看就要得到聖盃，可切嗣卻使用了兩道令咒讓她將其毀掉。

在破壞掉聖盃後Saber含恨消失，而讓切嗣沒想到的是被破壞的聖盃所溢出的黑泥燒燬了整個冬木市，綺禮和Archer在黑泥中得到重生，而切嗣卻因這樣的結局難得救贖，在到處找倖存者的過程中，他發現了最後的「稻草」——士郎。最後的五年中，切嗣遠離魔術平靜的和士郎生活在一起，他正義使者的夢想也被身邊這個少年所繼承。

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