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10년 만에 후유키시에서 시작된 [성배전쟁]은 이 전쟁의 3대 가문인 마토 가문의 당주 마토 조켄의 참전으로 인하여 일그러지고, 뒤틀리고, 어긋나 버렸다. 마스터로서 싸움에 가담한 에미야 시로도 부상을 입고 서번트인 세이버마저 잃어버렸지만, 그는 마토 사쿠라를 지키기 위해 싸움에서 물러나지 않는다. 하지만 그녀 또한 마술사의 숙명에 사로잡히는데...
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마술사 "마스터"와 영령 "서번트"가 모든 소원을 이뤄주는 「성배」를 둘러싸고 싸우는 「성배전쟁」이 벌어진 지 10년. 지난 「성배전쟁」의 참가자인 에미야 키리츠구의 양자, 에미야 시로는 그를 연모하는 소녀, 마토 사쿠라와 함께 평온한 나날을 보내고 있었다. 그러나 「성배전쟁」은 다시 시작되고 곳곳에서 벌어지는 살인사건으로 후유키 시는 불온한 기운에 휩싸인다. 시로는 사쿠라를 자기 집에 머물게 하기로 결정하고, 자신이 소환한 서번트인 세이버와 함께 마술사인 토오사카 린과 동맹을 맺고 「성배전쟁」에 나서기로 결심하는데... 하지만 이 싸움은 암약하는 자들에 의해 크게 일그러지기 시작한다.
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세계가 멸망하는 것을 막을 수 있는 건 '성배'인 사카츠키 미유가 희생하는 것뿐이었다. 미유가 아닌 세계를 살려야 한다고 말하는 줄리안 에인즈워스에게 이리야스필 폰 아인츠베른은 둘 다 구하겠다고 대답한다. 그리고 이리야 일행은 시로와 미유가 자랐던 집에서 생활하게 된다. 시로가 미유와 함께 살았던 이유는 어떤 소원이라도 이루어줄 수 있는 '신의 아이'였던 미유를 키리츠구가 집으로 데리고 왔기 때문이었다. 하지만 여동생 미유를 되찾기 위해 줄리안이 나타나는데.