Tras ser inyectado con un químico letal en el mundo real, Kirito es inducido a adentrarse en una nueva aventura, en un mundo virtual llamado Underworld (UW), es el escenario donde transcurre el cuarto arco argumental de la historia. De acuerdo con Kirito, gráficamente es el espacio virtual más realista hasta esa fecha. El transcurso del tiempo en Underworld es variable y es mucho más rápido que en el mundo real. Aun así, parece que incluso Kirito llega a equivocarse en cuanto a la verdadera tasa de bits de Underworld en cuanto al transcurso del tiempo, por lo que todavía es desconocido en detalle. Sin embargo, en una serie derivada por ahora parte del canon oficial, se menciona que la tasa con seguridad es 1.000 veces más veloz que en el mundo real, similar a lo que ocurre con el programa "Brain Burst" de Accel World. En este arco argumental, Kirito se verá enfrascado en una aventura por descubrir la razón de ser de ese mundo, por lo que deberá llegar al centro de ese mundo, buscando respuestas, mientras que ayudará a Eugeo, quién se volverá su mejor amigo, en su búsqueda por Alice, una chica que por romper una regla fue llevada al centro de ese mundo (conocido como Centoria) para su castigo. Lo que no saben es que en realidad hay toda una oscura realidad tras ese fantástico mundo.
