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本篇讲述桐人受邀进入一款射击网络游戏的世界调查一起神秘谋杀事件。桐人的目的是查出号称“死枪”的神秘凶手。而在GGO的游戏世界里，桐人遇见了一位拿着狙击枪的少女：诗乃。于是两人就在GGO的游戏世界开始了新的冒险。

“SAO”事件已经过去了一年。
某一天，桐人接到了总务省“虚拟课”菊冈诚二郎的奇怪委托。那是突然发生在充斥枪械与钢铁的VRMMO“Gun Gale Online”里的“死枪”事件。被拿着漆黑之枪的迷之角色所击中的玩家，在现实世界里也会随之“死亡”……无法拒绝的桐人答应帮助调查，虽然对于“虚拟世界”对“现实世界”发生物理影响这件事感到怀疑，但他还是登录了“GGO”。
桐人为了寻找关于“死枪”的线索而在不熟悉的游戏里徘徊，这时对他伸出援手的，是一名惯用大型步枪“黑卡蒂Ⅱ”的少女——诗乃。