在近未来的城市“心园市”里，无论是大人还是小孩都热衷于ar决斗。所谓的ar（augmented reality/增强现实）决斗，就是使用d视眼和d面板来决斗，并通过使用这两件道具，从地面、天空、还有从建筑物里真实地飞出怪兽进行交锋的超大魄力决斗！
在心园市生活的主人公·九十九游马也热衷于卡片决斗，但水平只是初学者等级的连败者。以某事件为契机，游马与学校头号不良少年·神代凌牙以决斗对决。这场决斗，将游马的命运大大改变……！这场激斗中，总在游马的梦里出来的诡异大门突然出现。紧紧关闭的大门被打开的瞬间，无数光芒溢出，抬头一看身旁……那里站着从异世界来的神秘生命体·星光体（astral）！为了取回astral丢失的记忆，取回99张“no.卡”，2人开始一起行动。
星光体出现的真正目的是什么？而新的怪兽“no.怪兽”这一存在又到底是何方神圣？强力竞争对手陆续在游马面前出现，而astral身上的谜团也逐渐明朗化。由这个组合缔造的新决斗传说，如今揭开序幕！
wdc（世界决斗狂欢节）闭幕，心园市迎来和平。游马和astral也与同伴们一起回到校园生活，享受决斗。
另一方面在那背后，盯上astral的记忆碎片“no.卡”的敌人在暗中活动。那就是跟星光世界敌对的巴利安世界。他们以让超量怪兽混沌化的“rum（升阶魔法）”为王牌，阻挡在游马他们面前！游马和astral，对巴利安远超想像的决斗感到惊愕……
在这个危机下，被游马“想救星光体世界！”的强烈决心打动的天城快斗和神代凌牙再次集结。3人将与同伴的羁绊记于心中，驱使王牌挑战决斗！游马和astral的新的战斗，从这一刻开始！！
astral依旧和游马一起为保卫no.卡和巴利安对抗。由于贝库塔假扮成真月一事，导致astral和游马彻底“决裂”，并且黑化，夺走了zexal的主动权。但在游马的不懈努力下，astral最终恢复。
但是astral消失了，但他还活着在星光体世界，游马决定去找他。
游马受到快斗他们支援，启程到星光世界去了。好不容易到达的却是什么都没有的世界，游马虽对此感到吃惊但还是往前走想找到astral，突然有5道光芒伴随冲击一起出现在他那里！
在纯洁的星光世界里，游马作为混沌性的存在，被星光世界的意志盯上。那时救了游马的是过去放入父亲一马卡组的‘彩虹栗子球’！前途多难的冒险拉开序幕的游马，与彩虹栗子球一起面对星光世界的意志。
与多次来袭游马的星光世界的意志——埃利法斯的决斗开始了！以升阶为目标的星光世界，其抽卡全部被称为‘闪光抽卡’埃利法斯不断召唤升阶怪兽，对游马穷追猛打！
游马为了救命中注定因遇游马而灭的astral，拼死展开攻防，可是还是逃不出埃利法斯的升阶怪兽猛攻！
埃利法斯召唤的升阶怪兽面前，游马不退缩而继续战斗。他心里只是一心一意地想要救astral！就像在支援游马他那份心意，彩虹栗子球出手解救危机。
与埃利法斯决斗而陷入苦战的游马面前，居然出现13阶的‘新序系·以太阿门’！！发出压倒性强度的怪兽效果，把游马逼向绝望的深渊……！
一心想救astral而拼命作战的游马，眼看已经遍体鳞伤就要倒下了……可是，火热燃烧的“毅飞冲天”精神试图生出新的奇迹！
正当游马在星光世界展开战斗的时候，地上的世界各地发生着暴动。多达100万张的伪“no.卡”分散到全世界，世界充满了拿到那些‘no.’的人们所发出的不祥之气。
推测这个状况是巴利安所为的3他们面前，以前折磨快斗和阳斗的心城先生现身了！快斗代替游马和astral打算守护这个世界，他接受与心城先生的因缘决斗……！可是，心城先生的手中掌握新的‘no.’。
巴利安世界和人类世界的融合开始，快斗全身承受“巴利安球状场地”的负荷！再加上，由于巴利安的陷阱而遭受其数百倍冲击，已经是连站也站不起来了……。
那时，达成让astral复活的游马出现！心城先生不禁感到震惊。像以前快斗救了自己决斗时那样，游马也与astral一起接替这场决斗，挑战与心城先生的最终决战！
伴随冲击一起出现在游马他们面前的巴利安七皇。那里贝库塔和德鲁贝他们旁边，作为同伴并肩作战的鲨鱼和璃绪也并列一排……！
游马对这事态感到混乱，他向鲨鱼拼命诉说，但那里却不再是以前鲨鱼的身影，站着的只有那个名叫纳修的七皇。
游马的皇之键与鲨鱼的吊坠共鸣之时，游马看见鲨鱼过去的记忆，在过度的冲击下昏迷过去！游马他们迫不得已撤退之际，以前展开激斗的众多决斗者集结来救他们……！
就在世界陷入混乱之时，在所有人都没察觉下，在某处的某个地方发生了时间与空间的扭曲，从扭曲的虚影中走出了一个被黑色斗篷遮住所有样貌的人，他的身影时隐时现仿佛下一秒就会消失一样。
“我回来了。”从他口中说出了这样一句话，声音清冽似乎不带任何感情。
在他转身的一瞬间，可以看到从斗篷里露出的那一双泛着冷光的暗金色的眼眸。