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Tanjiro y sus compañeros se unen al Pilar de las Llamas Kyojuro Rengoku para investigar una misteriosa serie de desapariciones que han ocurrido dentro del “Tren Infinito”. Poco saben que Enmu, uno de los miembros de las Doce Lunas Demoníacas, también está a bordo y les ha preparado una trampa.
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Cuando Sakura es poseída por la sombra, Shirou arriesga su propio cuerpo y mente para salvarla deteniendo el Santo Grial contaminado, enfrentándose a su ahora corrompido Servant Saber en el proceso. Aliados con el sacerdote rebelde Kirei Kotomine, su compañero competidor Illyasviel von Einzbern y el servant Rider desplazado de Sakura, Shirou y Rin entran en una carrera contrarreloj para rescatar a Sakura de la locura y poner fin a la Guerra del Santo Grial de una vez por todas, antes de que el Grial corrupto pueda provocar. El fin del mundo.
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A pesar de haber perdido la guerra y Saber, Shirou se ve incapaz de dejar de participar en la Guerra del Santo Grial. Cuando se revela que Sakura es una Maestra en la Guerra del Santo Grial, Shirou siempre está decidida a mantenerla a salvo. Cuando Sakura comienza a sucumbir a su misteriosa enfermedad, y la misteriosa sombra sigue matando gente, Shirou y Rin están decididos a terminar la Guerra del Santo Grial.
