Nachdem er die Nachricht vom Tod seiner Jugendfreundin Ushio Kofune erhalten hat, kehrt Shinpei Ajiro zum ersten Mal seit zwei Jahren nach Hitogashima zurück. Shinpeis bester Freund Sou Hishigata enthüllt, dass jemand sie getötet haben könnte. Eine Legende in Hitogashima besagt, dass diejenigen, die ihren genauen „Schatten“ sehen, sterben werden. Mio verrät, dass sie Ushios Schatten gesehen hat, als sie noch am Leben war.

Shinpei sollte eigentlich von Mios Schatten erschossen werden, landet jedoch auf einer Fähre nach Hitogashima. Später lässt er die Ereignisse vor der Schießerei Revue passieren und beobachtet, wie Mio Totsumura mit einem Küchenmesser erdolcht. Totsumuras Schatten steigt aus seinem toten Körper empor, während Mio sich mit demselben Messer zum entsetzten Shinpei wendet.

Mios Schatten hat auf Shinpei eingestochen, er kommt aber am 22. Juli wieder zu sich. Auf der Suche nach Antworten besucht Shinpei die Kobayakawas, die am Tag nach Ushios Beerdigung verschwunden sind. Dort trifft er auf den Schatten von Shiori Kobayakawa. Shinpei entkommt, erzählt Sou aber alles. Etwas später, am 24. Juli, genießt Shinpei beim Hitogashima-Sommerfest etwas Ruhe, doch dann geschieht etwas Unerwartetes.

In der Nacht des Sommerfestes erscheint Ushios Schatten vor Shinpei. Im Gegensatz zu den anderen Schatten, denen er begegnet ist, verhält sich dieser wie die echte Ushio. Shinpei versteckt Ushios Schatten vor Mio und Sou, die wegen der Schatten beunruhigt sind. Später, als Shinpei auf dem Weg nach Hiruko ist, um sich mit Sou und den anderen zu treffen, findet Mios Schatten ihn wieder.

Shinpei wird von der Frau von der Fähre gerettet, die sich Ryunosuke Nagumo nennt, einer Schriftstellerin, der Shinpei zugetan ist. Sie sagt, sie sei gekommen, um ihn zu retten, und erzählt ihm außerdem von den Schatten. Unterdessen fangen die Schatten an, die Menschen auf dem Sommerfest zu massakrieren. Obwohl Shinpei zur Rettung seiner Freunde eilt, ist es bereits zu spät und die Schatten verschlingen schließlich alle auf der Insel.

Ist es zum vierten Mal der 22. Juli? Hizuru Minakata, die Frau auf der Fähre, die gebürtig von der Insel Hitogashima stammt, kehrt zum ersten Mal seit 14 Jahren nach Hause zurück und hofft, das Rätsel hinter der Nachricht zu lösen, die auf ihrem Telefon hinterlassen wurde. Sie ist sich der Existenz der Schatten und Heines bewusst und schließt sich dem Jäger auf der Insel, Nezu, an. Sie erfährt, dass die Schatten alles übernommen haben.

Hizuru und Nezu beobachten, wie Shinpei zu Kofunes Haus zurückkehrt, um Mios Schatten zu besiegen. Dabei trifft er jedoch auf Ushio, dem er eigentlich erst später hätte begegnen sollen. Genau wie Shinpei steckt auch Ushio am 24., dem Tag des Sommerfestes, in einer Zeitschleife fest. Shinpei versucht, Ushios Auftauchen zu begreifen, wird aber in dem Moment von Mios Schatten aus dem Hinterhalt angegriffen.

Ein Video auf Ushios Handy zeigt Ushio und ihren Schatten zusammen. In dem Video erzählen die beiden Mädchen von ihrer ersten Begegnung bis hin zu dem Moment der Videoaufnahme. Die beiden hatten zusammengearbeitet, um die Wahrheit über dieses Phänomen herauszufinden. Nachdem Ushio das Video sieht und all ihre Erinnerungen wiedererlangt, setzt sie ihre Fähigkeit an Shinpei und den anderen ein.

Shinpei findet Ushios wahre Todesursache heraus und erhält aus dem Videoclip Hinweise darauf, dass sich die Schatten auf dem Berg Takanosu verstecken. Dort steht ein alter Bezirk der Hishigata-Klinik, die Sous Eltern gehört. Die drei finden im Krankenhaus eine in Schrein eingeschlossene Statue von Hiruko. Dann entdecken sie eine versteckte Tür, die zu einem unterirdischen Graben führt – doch die Tür ist verschlossen.

Die Schatten umzingeln Ushio, Sou und Shinpei. Ihr Hauptziel ist jedoch das Mädchen. Währenddessen arbeiten Mio und Totsumura zusammen, um Shioris Schatten aufzuspüren. Hizuru, Ryunosuke und Nezu werden Zeugen von Mios Verfolgung. Gerade als Shinpei und seine Freunde denken, die Gefahr sei überwunden, erscheint ihnen eine unerwartete Person.

Tokiko, Sous jüngere Schwester, offenbart, dass sie Hiruko Leichen als Nahrung gegeben hat. Shide, ein großer Schatten, der am Tag des Sommerfestes am Hito-Schrein erschien, nennt das Mädchen Heine Mutter. Tokiko kontrolliert die Schatten, um Shinpei zu überwältigen. Unterdessen erscheint Shide und nimmt Mio als Geisel.

Für Shinpei ist heute zum fünften Mal der 22. Juli. Hizuru ist überzeugt, dass Shinpei ein Zeitreisender ist. Shinpei nutzt Ushios Kräfte, um seine Erlebnisse an Hizuru zu übermitteln und sie davon zu überzeugen, sich seiner Sache anzuschließen. Die Gruppe geht zum Haus der Kobayakawas, um Shioris Schatten zu besiegen, aber sie geraten in einen Hinterhalt. Shinpei dachte, dass ihn dieser Tod in die sechste Zeitlinie bringen würde, doch er wacht in Hizurus Erinnerung von vor 14 Jahren auf.

Es wird enthüllt, dass Heine und Hizuru einst befreundet waren. Doch Heine, die ihren Hunger nicht unterdrücken kann, verliert die Kontrolle. Die Ereignisse, die dazu führten, dass Ryunosuke in Hizuru hineingelang, werden enträtselt. Shinpei versammelt seine Freunde in einer Schule. Mit Hilfe von Ushios Fähigkeiten können sie alle Zeitlinien und Ereignisse durchleben, die bis zu diesem Punkt geführt haben.

Shinpei und seine Freunde werden von den Schatten überfallen und durchleben den siebten Loop. Heine, die wie Shinpei loopt, erkennt, dass der Loop leicht abweicht. Daher ändert sie ihre Strategie, um Shinpei zu eliminieren. Nachts versammeln sich Shinpei und seine Freunde erneut in der Schule, um Shide zu besiegen, doch der versammelt zahlreiche Schatten um sich. Zwischen Shinpei und den Schatten beginnt eine totale Schlacht.

Shinpei und seine Freunde schaffen es, den Frontalangriff der Schatten abzuwehren. Unterdessen hat Mio einen Plan: ihre eigenen Schatten dazu zu bringen, sich ihrer Sache anzuschließen. Mit Hilfe von Ushios Kräften gelingt es der Gruppe, Mios Schatten davon zu überzeugen, sich ihnen anzuschließen. Die Gruppe geht zur Hishigata-Klinik, aber das Gebäude ist leer und kein einziger Gegenstand ist hinterlassen worden. Auf dem Weg zu Hirukos Grotte finden sie Sous Eltern.

Shinpei und seine Freunde erfahren Shides wahre Identität durch Sous Vater Seido Hishigata, den Direktor der Hishigata-Klinik. Am nächsten Morgen folgen sie der Spur der Schatten und bereiten sich darauf vor, sie für immer von der Insel zu vertreiben. Shinpei gelingt inmitten von Angriffen eine Rettung. Der nächste Halt ist der Hito-Schrein – der Ort, an dem alles begann.

Shinpei besucht Karikiri, den Oberpriester, der heute genauso alt aussieht wie auf einem 70 Jahre alten Foto. Shinpei fragt Karikiri, ob er der erste Direktor der Hishigata-Klinik war – Shidehiko Hishigata – oder Shide selbst. Als er mehr über Shides unverzeihliche Tat erfährt, überkommt Shinpei ein brennender Wunsch nach Rache und er bemerkt etwas Seltsames an Karikiris Aussehen.

Ushio ist fort. Als alles verloren scheint, schlagen Karikiri und Heine zu. Mio und Hizuru erfahren durch Shinpeis Ruf von Ushios Tod und begeben sich zu ihren jeweils vereinbarten Treffpunkten. Stattdessen wird Mio jedoch von Karikiri erwartet, während Shinpei an Hizurus Treffpunkt wartet.

Hizuru und Karikiri treten gegeneinander an. Gil und Rose nehmen an der Auseinandersetzung teil und sorgen dafür, dass sie noch tödlicher wird. Unterdessen machen sich Shinpei und Ushios Schatten auf den Weg zu anderen Karikiri-Orten. Ohne zu zögern, tötet Mios Schatten Shidehiko und verfolgt dann den Schatten zu Kotoko. Mit ihrem letzten Atemzug fordert Kotoko Mios Schatten auf, Hizuru und die anderen zu finden.

Seidou Hishigata erscheint vor Shinpei, der wegen Hizurus Tod verzweifelt ist. Shinpei findet einen weiteren Hinweis, der ihm helfen kann, Shide – der möglicherweise eigene Leichen in Reserve hat – zu besiegen. Shinpei erinnert sich daran, dass Ushio am Tag des Sommerfestes zurückkommen wird, ohne sich an die Tragödie zu erinnern. Ushio hat vielleicht eine weitere Chance, wieder zum Leben erweckt zu werden, aber nicht ohne das Eingreifen von Heine und Karikiri.

Mit der Halskette von Ushios Schatten in der Hand erbt die erste Ushio alle Erinnerungen von den vielen Iterationen ihrer selbst. Ushio wurde wieder vollständig zum Leben erweckt, wie Shinipei es sich erhofft hatte. Da dies nun geregelt ist, schießt sich Shinpei in den Kopf und startet seinen zehnten Loop.

Ushio versetzt Heine nicht den Todesstoß. Was die Sache noch schlimmer macht, ist, dass ihnen Shide im Weg steht. Shide plant, die Welt zu zerstören, indem er das Auge von Ushio – das Auge des Beobachters – erlangt. Um das Auge des Beobachters in die Hände zu bekommen, schneidet Shide Heines Bauch auf und versucht, Ushio dorthin zu ziehen, wo Heine hergekommen ist. Obwohl Ushio versucht, die Rechnung alleine zu begleichen, jagt Shinpei ihr nach.

Ushio greift Shide mit aller Kraft an. Sie erfährt jedoch, dass sich sein richtiger Körper in der gegenwärtigen Welt befindet. Sie kann also nur gewinnen, indem sie seine Rüstung zerstört. Da Ushio nach der erbitterten Konfrontation gegen Shide erschöpft ist und kurz vor der Niederlage steht, übernimmt Shinpei den Kampf. Die Hacking-Fähigkeiten von Ushio erholen sich schon nach zwei Minuten. Vorhang auf für die allerletzte Schlacht.

Shinpei besiegt Shide. Als Schatten muss Ushios letzte Iteration nun verschwinden. Am Morgen des 22. Juli wacht Shinpei auf der Fähre auf, nachdem er zwei Jahre nicht mehr in seiner Heimatstadt gewesen ist. Trotz einer inneren Unruhe spürt Shinpei, dass die Insel friedlich ist. Während sich die Inselbewohner aufgeregt auf das Sommerfest vorbereiten, finden Shinpei und Ushio endlich wieder zueinander.