西暦2205年、歴史改変を目論む歴史修正主義者が過去への攻撃を開始。時の政府は歴史の守りとして審神者を過去に派遣することに。物の心を目覚めさせる審神者の力により生み出された刀剣に宿る付喪神・刀剣男士たちも、審神者と共に歴史を守る戦いに向かっていく。拠点である本丸では、近侍・山姥切国広（荒牧慶彦）が気落ちした様子の小夜左文字（納谷健）から悩みを聞き出そうとするが、小夜は山姥切を避けるような態度を見せる。さらには調査任務のため延享四年に赴いた大倶利伽羅（猪野広樹）と歌仙兼定（和田琢磨）が、任務先で仲違い。大倶利伽羅と同じく元伊達家の刀である燭台切光忠（東啓介）や鶴丸国永（健人）、そして本丸の新たな仲間として顕現した太鼓鐘貞宗（橋本祥平）は、大倶利伽羅と歌仙兼定の問題を解決できないか考えを巡らせる。鶴丸が主に良い案はないか相談したところ、主はある任務を下した。そんな本丸を、三日月宗近（鈴木拡樹）は見守る。一方、豊臣秀吉により天下統一が果たされようとしていた時代、天下人への夢を燻らせ続ける伊達藤次郎政宗（富田翔）は終わりゆこうとする戦国を憂いていた。政宗の盟友・細川与一郎忠興（早乙女じょうじ）は、やがて来る泰平の世を生きていくことを諭す。ある日刀剣男士たちは、慶長5年（1600年）、徳川家康率いる東軍と毛利輝元・石田三成らが率いる西軍とが大激突を繰り広げた天下分け目の大戦・関ヶ原の戦いに出陣するよう命がくだる。そこで刀剣男士たちは、思いがけない光景を目にする……。