阿爾托莉雅瞬間擊敗衛宮，正要殺死對方時被士郎製止。士郎與遠阪凜暫時結成同盟關系。士郎隨遠阪凜前往冬木市的言峰教堂會見了神父言峰綺禮，並對聖杯戰爭有了大致的了解。
　　一行人回家的路上，碰見了帶著高大從者Berserker赫拉克勒斯的銀發小女孩伊莉雅絲菲爾·馮·愛因茲貝倫，雙方展開激戰。士郎作為禦主的情況下，本就已負傷的阿爾托莉雅的戰鬥力遠遠無法正常發揮，一照面就被強大的赫拉克勒斯武力壓製。作為一國之主的自尊令她絕不服輸，身為從者更是無法容忍自己的禦主受到傷害，然而士郎從未將她看作一個從者，而是將她視作一名需要保護的女性來看待。在赫拉克勒斯即將殺死阿爾托莉雅的前一刻，士郎挺身而出替她承受了這致命的一擊。伊莉雅見士郎竟然願意舍命救人，內心混亂之下決定暫時放過他們。
　　士郎體內有阿爾托莉雅的寶具阿瓦隆，第二天便恢復了傷勢。他在衛宮府邸的劍道場找到了阿爾托莉雅，此刻她已換上了
　　遠阪凜贈與的服裝，陽光下的少女身姿無比美麗。明明外表是一個十四、五歲的歐洲宮廷少女，但身上的高貴氣質以及那劍一般鋒利的氣勢令人永生難忘，士郎看得呆了。
　　阿爾托莉雅認為士郎昨晚的行為過於莽撞，並認為自己是士郎的「劍」，而非是什麽需要保護的女孩子，士郎首次對阿爾托莉雅的內在有了些許了解，更加堅定了要保護她的信念。
　　由於阿爾托莉雅並非傳統意義上的英靈，無法做到完全的靈體化，因此也需要睡眠和進食，無論在睡覺上還是吃飯上都堪稱一絕，而士郎的高超廚藝正中阿爾托莉雅的紅心。
　　在這期間，柳洞寺內的Caster美狄亞大面積吸取冬木市普通民眾的靈魂力量，試圖積蓄魔力以應對聖杯戰爭，士郎從Rider美杜莎處得知了此事。
　　對於美狄亞的事件，士郎認為阿爾托莉雅不應該參與進去，並認為這是一個陷阱，且她如今仍然身負傷勢不適合戰鬥。而阿爾托莉雅認為身為從者卻逃避戰鬥是可恥的行為，如此被動行事，最終必然會吃虧，兩人在此事產生了分歧。阿爾托莉雅趁士郎熟睡之際，獨自一人前往柳洞寺，遭遇看守寺門的Assassin佐佐木小次郎。士郎作為禦主感應到阿爾托莉雅正處於戰鬥中，立刻趕到現場，而這場較量也不得不中止。由於士郎無法給阿爾托莉雅提供任何魔力，她只能依靠自己的魔力維持在現界，經過一番戰鬥後再也無法強撐，倒在士郎懷裡。
　　士郎將阿爾托莉雅背回家，她恢復意識後，再次詢問士郎為什麽一再阻止她參與戰鬥，對於士郎將她「視作婦女而非戰士」感到非常不滿，士郎則認為自己才應該去戰鬥。在一旁的遠阪凜一針見血地指出了士郎只是不希望阿爾托莉雅受傷，比起自己會受傷乃至於死亡，毫不作為才是最可恥的。阿爾托莉雅意識到士郎的價值觀與自己頗為相似，決定親自教他劍術。第二天劍道場中，士郎被阿爾托莉雅輕易擊敗，但是仍然無數次地奮起反擊。阿爾托莉雅最欣賞的就是不服輸、不斷努力的人，面對情緒低落的士郎露出了罕見的溫柔笑容，並稱讚士郎的攻擊充滿了力量，士郎卻紅著臉不敢直視她。
　　士郎被間桐慎二騙到學校內，美杜莎出手攻擊士郎，士郎犧牲一次令咒召喚出阿爾托莉雅解除了困境。事後，阿爾托莉雅再次與士郎對峙，想徹徹底底地了解士郎的想法。士郎唯獨在「不想看到你受傷」的立場上絕不退讓，阿爾托莉雅接受了他這個頑固的想法，並微笑著說「我是你的劍，除了我還有誰會成為你的力量呢」。
　　士郎決定立刻找出美杜莎的禦主所在的位置，因此兩人在市內各處進行魔力搜尋，但以無果而終。在公園內的躺椅上，阿爾托莉雅看出士郎的疲倦，主動提出「膝枕」。通過交談，阿爾托莉雅得知了士郎的身世，並稱士郎應該更珍惜自己。
　　晚上二人繼續搜尋，遭遇美杜莎，阿爾托莉雅使用寶具「誓約勝利之劍」瞬間將之擊殺，而魔力的大量消耗再次令她昏迷不醒。昏迷中的阿爾托莉雅與士郎之間共通了夢境，士郎夢見了她部分生前的經歷，對她產生了更深刻的認識。隨後在街上遊蕩思考如何幫助她補充魔力的士郎，被伊莉雅抓到了冬之堡中。
　　清醒過來的阿爾托莉雅雖然身體極度虛弱，但發現士郎失蹤後立即與遠阪凜前去尋找。循著與禦主之間的聯系，阿爾托莉雅、遠阪凜以及衛宮偷偷潛入城堡，並找到了士郎。眾人正準備逃出去，卻發現這一切都是伊莉雅的陷阱，她打算將所有人一網打盡。
　　經過一番苦戰，在衛宮舍棄生命的拚死掩護下，眾人才逃了出來。失去了從者的遠阪凜認為唯一的希望就是阿爾托莉雅，但她的魔力已經完全不能支撐肉身，必須進行魔力補充。阿爾托莉雅沒有任何反抗的能力，在遠阪凜的指導下，士郎與阿爾托莉雅成功補魔。
　　阿爾托莉雅、士郎、凜齊心協力下壓製了赫拉克勒斯，但強大的寶具「十二試煉」令其擁有著十二條生命。就在赫拉克勒斯即將殺死凜的時候，士郎投影出早已消失的石中劍，與阿爾托莉雅齊心協力一劍七殺，徹底滅殺了赫拉克勒斯。
　　事後士郎認為伊莉雅本質不壞，將其收留在衛宮府邸。自此開始，阿爾托莉雅也夢見了士郎的過去，並對他「犧牲自己救助別人」的價值觀表達了反對，這令她回想起自己的前生，兩人在這一方面是驚人的相似，阿爾托莉雅不希望士郎重蹈她的覆轍。
　　美狄亞對衛宮邸發動攻擊，士郎與阿爾托莉雅聯合抗敵，正在美狄亞聲稱要將阿爾托莉雅變為自己的仆人時，第四次聖杯戰爭中的英雄王吉爾伽美什突然出現，怒斥美狄亞的無知並聲稱騎士王是他的東西，之後直接滅殺了美狄亞，衛宮邸也遭到嚴重破壞。
　　在阿爾托莉雅的講述中，眾人得知了吉爾伽美什的強大，士郎也得知了吉爾伽美什曾向阿爾托莉雅求婚的往事。心煩意亂的士郎向她詢問得到聖杯後的打算，阿爾托莉雅表示不會留在現界，而是會回到過去重新選定一個王，拯救過去的不列顛。士郎怒斥人應該活在當下而不是過去，在隨後的談話中，他得知一旦聖杯消失，從者也會從這個世界消失。
　　士郎不想失去阿爾托莉雅，早在第一次遇見她的那一刻起，他就深深迷上了這位美麗的金發少女騎士。他想通過與少女騎士約會進一步打動她的芳心，在一家玩偶店中，阿爾托莉雅對一隻獅子玩偶表現出了強烈的興趣，這是因為她回想起自己生前曾經養過的小獅子。由於士郎的言行而羞惱的阿爾托莉雅走出了玩偶店，士郎偷偷將這個玩偶買下，但直到最後也沒能送出去。
　　冬木大橋上，士郎再次勸說阿爾托莉雅，他認為已經發生過的事情是無法改變的。阿爾托莉雅非常憤怒地反駁士郎，認為他不理解自己。士郎氣憤之下拋下她，獨自回家。他並不是責怪阿爾托莉雅的固執，而是氣憤自己沒有能力幫助她。直到晚上，士郎突然意識到阿爾托莉雅還沒有回家，立刻趕回冬木大橋上，發現她仍然站在原地，士郎態度強硬地要將她帶回家。
　　阿爾托莉雅聽話地跟著士郎走，在路上撞見了等候已久的吉爾伽美什。此刻狀態極差的阿爾托莉雅完全不是他的對手，被輕易擊敗重傷，並被逼迫答應他的求婚。阿爾托莉雅奄奄一息地叫士郎自己逃，但士郎毫不猶豫地拒絕了。即使雙方的戰鬥力差距宛若天塹，即使一次次被吉爾伽美什重傷，士郎始終抱著必死的信念守護著自己喜歡的姑娘。生命攸關之際，士郎魔法回路全開，召喚出體內的劍鞘阿瓦隆，阿爾托莉雅將劍與劍鞘複原爆發出強大的力量，吉爾伽美什見勢不妙立即選擇撤退。
　　「——終於明白了。原來士郎，就是我的鞘啊。」阿爾托莉雅擁著重傷的士郎，心中百感交集。回到家後，她照顧士郎直到他醒來。分析戰況完畢後，士郎向阿爾托莉雅告白，希望她能夠留在現世，為她自己而歡笑，並永遠留在他身邊。
　　對於士郎的請求，阿爾托莉雅的內心掙扎，她試圖推開士郎，卻根本提不起一絲力氣，最後千言萬語都被士郎的一吻封在了口中。即使極度貪戀那個從未有過的溫柔的懷抱，即使摻雜著熾熱的情感以補魔為由與士郎相擁而眠，但仍然無法放棄那刻骨銘心的夙願，她最後還是狠心地選擇隻作為士郎的從者。
　　失意的士郎來到言峰教堂，想要找言峰綺禮尋求幫助，卻發現原來言峰綺禮正是一直隱藏在幕後的庫·丘林的禦主。發現士郎再次失蹤的阿爾托莉雅再也克制不住內心的感情，一直以來試圖欺騙自己的枷鎖也逐漸崩裂。聖杯戰爭第十四天，阿爾托莉雅通過遠阪凜的推理得知士郎很有可能在言峰教堂，她毫不猶豫地衝了過去，發現正被言峰綺禮拷問的士郎以及攔在面前的庫·丘林。
　　言峰綺禮愉悅地將一個難題擺在她的面前:「你要聖杯，還是要他?」
　　阿爾托莉雅抱著士郎，回想起數次與他夢境相通，敬佩於他勇往直前、一直堅持的理念「無論過程多麽痛苦，也不能否認過去的自己」，感動於士郎無論如何被拷打也絕不向聖杯的誘惑低頭的骨氣。她終於放下了一直凝聚在心頭、揮之不去的執念。走自己認定的路，堅持自己的理想，即使最終的結局可能是毀滅，只求無愧於心。士郎對她的憧憬，也許是因為她的過去正是士郎所向往的未來吧。
　　她用阿瓦隆的治療效果將士郎身上的詛咒效果去除，此時吉爾伽美什再次登場。言峰綺禮也愉悅地將聖杯邪惡的本質講述給眾人聽，庫·丘林這才發覺言峰綺禮已經違背了自己的信條，當場反水，協助阿爾托莉雅與士郎逃離了言峰教堂，拖住吉爾伽美什長達半天時間後被殺死。
　　兩人在夕陽下互通心跡，阿爾托莉雅將自己的一切托盤而出，並向士郎致以感謝以及歉意。他們決定毀掉這個邪惡的聖杯，不同於第四次聖杯戰爭中滑稽的落幕，這一次她是心甘情願的。
　　他們互相為彼此的「劍」和「鞘」， 又擁有一致的人生理想，是一對天作之合的靈魂伴侶。一旦聖杯被毀掉以後，阿爾托莉雅將注定無法維持在現界，兩人卻都不約而同地沒有提及此事。
　　最終決戰，面對吉爾伽美什和言峰綺禮的雙重壓製，阿爾托莉雅與士郎陷入苦戰，處於被絕對壓製的狀況下，關鍵時刻士郎再次投影出「阿瓦隆」。在這近乎絕對遮斷結界的輔助下，兩人同時擊敗了各自的對手。最後，阿爾托莉雅接受了士郎僅剩的一枚令咒，將聖杯再度摧毀。
　　「士郎，我愛你——」
　　一切結束後，在晨光的照耀下，阿爾托莉雅·潘德拉貢，不再是以王的身份，而是以一名愛上了人類少年的普通少女的身份，對少年表達了自己作為人類的愛。在少年深情的目光中，少女的身姿消散於長空之中。阿爾托莉雅回歸了她原本的時代，正是她彌留之際，即將死去的前一刻。不同於第四次聖杯戰爭後的絕望，這一次，她帶著滿心的釋然，接受了那既定的命運。由於不再渴望那所謂的聖杯，因此與阿賴耶的契約也隨之背棄消失。
　　她用虛弱的聲音，面對最後守護在身邊的圓桌騎士貝德維爾，要求他將那把插在劍欄之丘的湖中劍還給湖之精靈。最後，神態安詳的阿爾托莉雅微笑著喃喃自語著。
　　「這一次，我會——睡得更久一些——」
　　獲得了救贖的王，緩緩閉上了雙目，去追尋那夢的延續。