Le prime due partite seguono le rispettive prospettive di 2B e 9S durante un'invasione iniziale. Dopo aver aperto una via per future missioni, vengono inviati a eliminare le minacce delle macchine per la Resistenza, guidata da Anemone, che fornisce ai due supporto. Durante le loro missioni, 2B e 9S scoprono che le macchine stanno esplorando le società e i concetti umani. I due collaborano con un gruppo di macchine pacifiste guidato da Pascal; combattono contro Adam ed Eve, manifestazioni fisiche della rete delle macchine che rivelano che i loro creatori sono stati distrutti secoli fa e incontrano A2, un'androide ribelle in fuga da YoRHa. Adam viene ucciso da 2B dopo che cattura 9S. Durante la sua recuperazione, 9S scopre un glitch nei server di YoRHa quando sincronizza se stesso e 2B, e apprende che l'umanità era estinta molto prima dell'invasione aliena. Il loro ultimo residuo è un server basato sulla Luna che contiene i resti incompleti del genoma umano. YoRHa perpetua il mito della loro sopravvivenza per mantenere alto il morale e dare agli androidi un "dio" per cui combattere. Con Adam morto, Eve impazzisce per il dolore e trascina le macchine sotto il suo comando in una frenesia. 2B e 9S uccidono Eve per porre fine alla furia, ma 9S viene infettato dal virus logico di Eve, costringendo 2B ad ucciderlo. Tuttavia, la coscienza di 9S sopravvive all'interno della rete locale delle macchine. La terza partita inizia mentre YoRHa lancia un'invasione su larga scala. Un attacco di virus logico—reso possibile dal 'glitch' che 9S aveva precedentemente scoperto—corrompe ogni unità YoRHa, comprese quelle nel Bunker, tranne 2B e il 9S ripristinato. 2B e 9S si separano nel seguito, e 2B è infettata dal virus logico. Scoperta da A2, 2B carica i propri ricordi nella spada e le chiede di prendersi cura di 9S. Un 9S ingenuo assiste ad A2 che uccide misericordiosamente 2B e giura vendetta su di lei. Contemporaneamente, una torre creata dalle macchine emerge dalla terra, separando i due prima che possano combattere. La prospettiva si divide tra A2 e 9S a due settimane da questi eventi. A2—la sopravvissuta a una prova di YoRHa—si ritrova a empatizzare con le macchine; assiste alla distruzione del villaggio di Pascal, poi i suoi "figli" si suicidano per paura quando attaccati. Pascal implora A2 di cancellargli la memoria o di ucciderlo; A2 può compiere una delle due azioni o lasciarlo. Un 9S sempre più instabile indaga sulle piattaforme di raccolta risorse della torre, combatte i resti delle macchine e scopre che la torre è progettata per lanciare un missile contro il server lunare. Entrano infine nella torre, con Devola e Popola che si sacrificano per aprirla.