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시마 린은 고향인 야마나시를 떠나, 나고야의 작은 출판사에 취직해 혼자서 생활하고 있었다. 어느 주말, 투어링 계획을 세우고 있던 린에게 고등학교 친구인 오가키 치아키가 갑작스럽게 보낸 문자가 왔다. “나 지금 나고야에 있는데.” 야마나시 관광 추진 기구에서 일하는 치아키는 몇 년 전에 폐쇄된 모 시설의 재개발 계획을 맡고 있었다. “그렇게 넓은 부지면 캠핑장이라도 만들든가.” 린이 무심코 내뱉은 말 한마디에 움직이기 시작한 치아키. 도쿄의 아웃도어 매장에서 일하는 카가미하라 나데시코, 고향인 야마나시에서 초등학교 교사가 된 이누야마 아오이, 요코하마의 애견 미용실에서 근무하는 사이토 에나.
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에인즈워스와의 격투로부터 잠깐의 휴식. 미유를 구출한 이리야일행은 평행세계의 에미야 시로로부터 미유의 과거, 이 세계에서 일어난 성배전쟁을 알게 된다. 그것은 미유의 슬픈 운명이며, 미유를 위하여 오빠의 사랑이 목숨을 걸고 걸었던 장렬한 싸움의 이야기였다. 인류의 구제를 위해 미유를 희생하는 에인즈워스. 미유를 위해 세계의 적이 되기로 결정한 시로. 용납할 수 없는 두 정의에 모든 것을 지키겠다고 다짐하는 이리야. "도와줄게. 나는 모두가 살아날 수 있는 길을 찾기로 결심했으니까!" 소중한 사람들과 함께 웃을 수 있는 내일을 만들기 위해서. 마법소녀들의 싸움이 다시 시작된다...!
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마술사 '마스터'와 영령 '서번트'가 모든 소원을 이뤄주는 '성배'를 둘러싸고 싸우는 '성배전쟁'. 하지만 그 싸움은 일그러져 있었다. 마토 사쿠라는 자신이 저지른 죄와 함께 마키리의 잔으로서 각성하여 깊은 어둠 속에 빠지고 말았다. 그런 사쿠라를 지키겠다고 맹세한 소년, 에미야 시로는 토오사카 린과 함께 사쿠라를 어둠 속에서 구하고 일그러진 '성배전쟁'을 끝내기 위해 자신의 몸을 돌보지 않고 가혹한 싸움에 몸을 던진다. 소년의 소망은 소녀에게 닿을 것인가. 끝을 향해 달려가는 '성배전쟁' 최후의 싸움이 드디어 시작된다.