Cada día es un día normal en el pequeño pueblo donde Kasuga Arata vive. Sin embargo, todo cambió en día del Sol Negro, y seguido de ello, un mago aparece ante él. El Sol Negro causó el Fenómeno del Desglose que destruyó el pueblo de Arata. A causa de esto, su vida normal fue reconstruida

Phantom Bullet transcurre un año después de completarse SAO, cuando Kirito recibe una llamada del investigador Seijirou Kikuoka para hablar de un extraño caso relacionado con el juego Gun Gale Online. Un misterioso jugador llamado Death Gun es capaz de matar a personajes en el juego y, a su vez, matar a quienes los controlan en el mundo real. Kirito entrará en el juego para investigar cómo es eso posible y allí conocerá a Sinon, que será su guía en este nuevo mundo.

Según cuentan los libros de historia, el 13 de Septiembre del 2000, un enorme meteorito chocó contra la Antártida, causando el derretimiento del Polo Sur y la consecuente inundación y destrucción de todas las ciudades costeras. A este evento crucial se lo denomino Segundo Impacto -El primero fue el que destruyó a los dinosaurios-. La Tierra atravesó luego de ello un estado de crisis y catástrofes naturales y más de mitad de la población humana murió. Han pasado 15 años desde el Segundo Impacto cuando Tokyo-3, es atacada por un misterioso ser orgánico gigante, sin embargo esto no parece ser una sorpresa para un selecto grupo de gente de una organización de la ONU llamada NERV. Ellos se refieren al enemigo como "Tercer Ángel" y han desarrollado unos enigmáticos robots gigantes llamados EVA con una particularidad, solo pueden ser piloteados por jóvenes de 14 años con caracteristicas no del todo claras.