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Al investigar la misteriosa desaparición del cráter en la montaña, las chicas son atacadas por dos nuevos adversarios que las abruman y secuestran a Miyu. Intentando perseguirla, Illya termina en un mundo paralelo cubierto de nieve donde conoce a una peculiar chica llamada Tanaka, quien le revela que Miyu ha sido secuestrada por la familia Ainsworth.

Tras ser atacadas por Beatrice, Illya y Tanaka terminan en un puesto de ramen donde se topan con Gilgamesh, quien las ayuda a pagar la cuenta y las guía al castillo de los Ainsworth. Al infiltrarse, encuentran una celda donde está encerrado el hermano mayor de Miyu, quien les ruega que la salven justo antes de que aparezca Angélica para frenar su paso.

Gilgamesh se enfrenta a Angélica mientras Illya busca a Miyu y frena a Beatrice usando la tarjeta de Caster. Tras recibir un ataque devastador de Beatrice al que logra sobrevivir, Tanaka escapa junto con Illya y Gilgamesh gracias a la intervención de Darius Ainsworth. En ese instante, Kuro y Bazett también logran llegar a este mundo paralelo.

Kuro lleva al grupo a su base en la escuela y Bazett le entrega a Illya las tarjetas de Saber, Rider y Lancer. Al notar a Illya insegura, Kuro la desafía a un duelo para obligarla a usar las tarjetas y hacerle entender los verdaderos sentimientos de soledad que Miyu soportó durante tanto tiempo.

Illya ayuda a una niña llamada Erica tras quedar atascada en un muro. Mientras se bañan juntas, Sapphire logra comunicarse con Ruby justo antes de que el padre de Erica aparezca para recogerla, revelándose que se trata del mismísimo Darius Ainsworth.

Darius atrapa a Illya en un Fantasma Noble de hielo para dejarla sin oxígeno, pero Tanaka rompe la barrera y permite que el grupo intervenga. Tras el retiro de Darius y Erica, Kuro descubre al día siguiente que Illya ha desaparecido misteriosamente, dejando atrás sus Tarjetas de Clase.

Illya despierta descubriendo que los Ainsworth transfirieron su mente al cuerpo de un peluche. Tras tomar el control de su nuevo cuerpo de felpa, intenta recuperar su figura original, pero descubre que Rin y Luvia también sufrieron un lavado de cerebro para convertirse en sirvientas. Al escapar al ático, Illya encuentra a Sapphire y consigue el poder para transformarse.

Sabiendo que herir los cuerpos poseídos recuperará la mente de sus amigas, Illya enfrenta a Rin y Luvia hasta lograr regresar a su cuerpo original. Sin embargo, Angélica la abruma con su magia de desplazamiento y le revela que los Ainsworth buscan usar a Miyu como el Santo Grial para salvar su mundo, el cual está muriendo lentamente.

Angélica explica que planean usar el Santo Grial para modificar a la humanidad y adaptarla al nuevo entorno. Ante el dilema de elegir entre salvar a Miyu o a la humanidad, Kuro rescata a Illya, quien reafirma su firme decisión de salvar tanto a Miyu como al mundo sin sacrificar a nadie.

Gilgamesh y Bazett hacen su jugada para regresar a Rin y Luvia a la normalidad, mientras Illya se abre paso hasta Darius y logra reunirse con Miyu. De pronto, el cuerpo de Darius es tomado por su hijo Julian, quien invoca un cubo negro en el cielo y crea un ejército de Espíritus Heroicos; pero cuando todo parece perdido, aparece al rescate el hermano de Miyu.

Arriesgando su propio cuerpo para proyectar armas, el hermano de Miyu lucha contra Angélica con la ayuda de Kuro mientras los demás frenan al ejército. Tras ser gravemente herido por una mujer enloquecida y liberarse del control de la tarjeta de Archer, Illya reúne todo su poder para lanzar un ataque con la máxima potencia.

Tanaka arroja una espada misteriosa que le permite a Illya destruir el cubo negro y dispersar al ejército enemigo. Tras la retirada de Julian y la recuperación de todos en la casa de Miyu, Illya descubre que la espada utilizada era en realidad el brazo de Tanaka, mientras el hermano de Miyu se dispone a contarles la verdadera historia de lo sucedido.