Le 6 novembre 2022, plus de 10 000 joueurs se connectent au jeu pour la première fois et découvrent plus tard qu'ils sont incapables de se déconnecter. Ils sont ensuite informés par Akihiko Kayaba, le créateur de SAO, qu'ils doivent atteindre le 100^e palier de la tour du jeu et vaincre le boss final pour être libres. Cependant, si leurs avatars meurent dans le jeu, leurs corps mourront aussi dans le monde réel. L'un de ces joueurs est Kazuto Kirigaya, connu alors sous le pseudonyme de « Kirito ». Ce dernier avait été choisi comme l'un des 1 000 bêta-testeurs de la bêta fermée. Comme il avait de l'expérience et la connaissance du jeu, il sentait qu'il pouvait finir le jeu facilement. En conséquence, il s'est mis à jouer en tant que joueur solo. Lors du premier jour, 213 personnes meurent car leurs proches tentent de débrancher le NerveGear malgré les avertissements qui apparaissent à l'écran. Et durant le premier mois, plus de 2 000 personnes meurent, soit en étant tuées dans le jeu, soit car le corps réel n'a pas été transporté à l'hôpital. En effet, le NerveGear intercepte toutes les sensations et la faim, la soif ou le sommeil d'un joueur dans le jeu n'a rien à voir avec l'état réel de son corps qui est plongé dans une sorte de coma.

Au cours du jeu, Kirito se lie d'amitié avec une joueuse nommée Asuna dont il tombe finalement amoureux. Après avoir découvert l'identité de l'avatar de Kayaba dans SAO, il décide de l'affronter. Malheureusement, Asuna se sacrifie en prenant un coup mortel d'épée à la place de Kirito, provoquant ainsi sa « mort ». Peu après, Kayaba tue Kirito, mais ce dernier parviendra à le tuer à son tour. Les autres joueurs seront libérés à la fin de ce combat.

Kirito a rendez-vous avec Asuna et Shino chez Agil, ils discutent d'un nouveau jeu dont Kirito est Bêta-testeur et dont il ne garde aucun souvenir. En raccompagnant Asuna chez elle, il est attaqué par le dernier membre en liberté des « Laughing Coffin », qui lui injecte le même poison que celui utilisé dans l'affaire Death Gun. Pris en charge par les secours, il est alors transféré d'urgence sur le Turtle Ship, un bateau de recherche militaire dirigé par Seijirou Kikukoa. A son réveil, Kirito se retrouve dans un monde baptisé Underworld.

Ce monde virtuel expérimental est basé sur une toute nouvelle technologie, le Soul Translator. Il sert de terrain d'expérimentation au gouvernement japonais afin de crée une intelligence artificielle de type Bottom-Up. Dans celui-ci, le temps est accéléré environ mille cinq cent fois. Il y fait la rencontre d'Eugéo, un garçon de dix-sept ans, habitant du village de Rulid au nord de Centoria. Celui-ci s'est vu attribuer une Tâche Sacrée, celle d’abattre un Cèdre géant nommé Gigas Cedar. Kirito décide d'aider Eugéo et ceux-ci finissent par en venir à bout. Eugéo décide alors avec l'accord du village de devenir apprenti-garde. Ils se mettent en route pour la Capitale Centoria où se trouve l'école des chevaliers et l’Église de l'Axiome, espérant y retrouver Alice.