阿尔托莉雅瞬间击败卫宫，正要杀死对方时被士郎制止。士郎与远坂凛暂时结成同盟关系。士郎随远坂凛前往冬木市的言峰教堂会见了神父言峰绮礼，并对圣杯战争有了大致的了解。
一行人回家的路上，碰见了带着高大从者Berserker赫拉克勒斯的银发小女孩伊莉雅丝菲尔·冯·爱因兹贝伦，双方展开激战。士郎作为御主的情况下，本就已负伤的阿尔托莉雅的战斗力远远无法正常发挥，一照面就被强大的赫拉克勒斯武力压制。作为一国之主的自尊令她绝不服输，身为从者更是无法容忍自己的御主受到伤害，然而士郎从未将她看作一个从者，而是将她视作一名需要保护的女性来看待。在赫拉克勒斯即将杀死阿尔托莉雅的前一刻，士郎挺身而出替她承受了这致命的一击。伊莉雅见士郎竟然愿意舍命救人，内心混乱之下决定暂时放过他们。
士郎体内有阿尔托莉雅的宝具阿瓦隆，第二天便恢复了伤势。他在卫宫府邸的剑道场找到了阿尔托莉雅，此刻她已换上了
远坂凛赠与的服装，阳光下的少女身姿无比美丽。明明外表是一个十四、五岁的欧洲宫廷少女，但身上的高贵气质以及那剑一般锋利的气势令人永生难忘，士郎看得呆了。
阿尔托莉雅认为士郎昨晚的行为过于莽撞，并认为自己是士郎的「剑」，而非是什么需要保护的女孩子，士郎首次对阿尔托莉雅的内在有了些许了解，更加坚定了要保护她的信念。
由于阿尔托莉雅并非传统意义上的英灵，无法做到完全的灵体化，因此也需要睡眠和进食，无论在睡觉上还是吃饭上都堪称一绝，而士郎的高超厨艺正中阿尔托莉雅的红心。
在这期间，柳洞寺内的Caster美狄亚大面积吸取冬木市普通民众的灵魂力量，试图积蓄魔力以应对圣杯战争，士郎从Rider美杜莎处得知了此事。
对于美狄亚的事件，士郎认为阿尔托莉雅不应该参与进去，并认为这是一个陷阱，且她如今仍然身负伤势不适合战斗。而阿尔托莉雅认为身为从者却逃避战斗是可耻的行为，如此被动行事，最终必然会吃亏，两人在此事产生了分歧。阿尔托莉雅趁士郎熟睡之际，独自一人前往柳洞寺，遭遇看守寺门的Assassin佐佐木小次郎。士郎作为御主感应到阿尔托莉雅正处于战斗中，立刻赶到现场，而这场较量也不得不中止。由于士郎无法给阿尔托莉雅提供任何魔力，她只能依靠自己的魔力维持在现界，经过一番战斗后再也无法强撑，倒在士郎怀里。
士郎将阿尔托莉雅背回家，她恢复意识后，再次询问士郎为什么一再阻止她参与战斗，对于士郎将她「视作妇女而非战士」感到非常不满，士郎则认为自己才应该去战斗。在一旁的远坂凛一针见血地指出了士郎只是不希望阿尔托莉雅受伤，比起自己会受伤乃至于死亡，毫不作为才是最可耻的。阿尔托莉雅意识到士郎的价值观与自己颇为相似，决定亲自教他剑术。第二天剑道场中，士郎被阿尔托莉雅轻易击败，但是仍然无数次地奋起反击。阿尔托莉雅最欣赏的就是不服输、不断努力的人，面对情绪低落的士郎露出了罕见的温柔笑容，并称赞士郎的攻击充满了力量，士郎却红着脸不敢直视她。
士郎被间桐慎二骗到学校内，美杜莎出手攻击士郎，士郎牺牲一次令咒召唤出阿尔托莉雅解除了困境。事后，阿尔托莉雅再次与士郎对峙，想彻彻底底地了解士郎的想法。士郎唯独在「不想看到你受伤」的立场上绝不退让，阿尔托莉雅接受了他这个顽固的想法，并微笑着说「我是你的剑，除了我还有谁会成为你的力量呢」。
士郎决定立刻找出美杜莎的御主所在的位置，因此两人在市内各处进行魔力搜寻，但以无果而终。在公园内的躺椅上，阿尔托莉雅看出士郎的疲倦，主动提出「膝枕」。通过交谈，阿尔托莉雅得知了士郎的身世，并称士郎应该更珍惜自己。
晚上二人继续搜寻，遭遇美杜莎，阿尔托莉雅使用宝具「誓约胜利之剑」瞬间将之击杀，而魔力的大量消耗再次令她昏迷不醒。昏迷中的阿尔托莉雅与士郎之间共通了梦境，士郎梦见了她部分生前的经历，对她产生了更深刻的认识。随后在街上游荡思考如何帮助她补充魔力的士郎，被伊莉雅抓到了冬之堡中。
清醒过来的阿尔托莉雅虽然身体极度虚弱，但发现士郎失踪后立即与远坂凛前去寻找。循着与御主之间的联系，阿尔托莉雅、远坂凛以及卫宫偷偷潜入城堡，并找到了士郎。众人正准备逃出去，却发现这一切都是伊莉雅的陷阱，她打算将所有人一网打尽。
经过一番苦战，在卫宫舍弃生命的拼死掩护下，众人才逃了出来。失去了从者的远坂凛认为唯一的希望就是阿尔托莉雅，但她的魔力已经完全不能支撑肉身，必须进行魔力补充。阿尔托莉雅没有任何反抗的能力，在远坂凛的指导下，士郎与阿尔托莉雅成功补魔。
阿尔托莉雅、士郎、凛齐心协力下压制了赫拉克勒斯，但强大的宝具「十二试炼」令其拥有着十二条生命。就在赫拉克勒斯即将杀死凛的时候，士郎投影出早已消失的石中剑，与阿尔托莉雅齐心协力一剑七杀，彻底灭杀了赫拉克勒斯。
事后士郎认为伊莉雅本质不坏，将其收留在卫宫府邸。自此开始，阿尔托莉雅也梦见了士郎的过去，并对他「牺牲自己救助别人」的价值观表达了反对，这令她回想起自己的前生，两人在这一方面是惊人的相似，阿尔托莉雅不希望士郎重蹈她的覆辙。
美狄亚对卫宫邸发动攻击，士郎与阿尔托莉雅联合抗敌，正在美狄亚声称要将阿尔托莉雅变为自己的仆人时，第四次圣杯战争中的英雄王吉尔伽美什突然出现，怒斥美狄亚的无知并声称骑士王是他的东西，之后直接灭杀了美狄亚，卫宫邸也遭到严重破坏。
在阿尔托莉雅的讲述中，众人得知了吉尔伽美什的强大，士郎也得知了吉尔伽美什曾向阿尔托莉雅求婚的往事。心烦意乱的士郎向她询问得到圣杯后的打算，阿尔托莉雅表示不会留在现界，而是会回到过去重新选定一个王，拯救过去的不列颠。士郎怒斥人应该活在当下而不是过去，在随后的谈话中，他得知一旦圣杯消失，从者也会从这个世界消失。
士郎不想失去阿尔托莉雅，早在第一次遇见她的那一刻起，他就深深迷上了这位美丽的金发少女骑士。他想通过与少女骑士约会进一步打动她的芳心，在一家玩偶店中，阿尔托莉雅对一只狮子玩偶表现出了强烈的兴趣，这是因为她回想起自己生前曾经养过的小狮子。由于士郎的言行而羞恼的阿尔托莉雅走出了玩偶店，士郎偷偷将这个玩偶买下，但直到最后也没能送出去。
冬木大桥上，士郎再次劝说阿尔托莉雅，他认为已经发生过的事情是无法改变的。阿尔托莉雅非常愤怒地反驳士郎，认为他不理解自己。士郎气愤之下抛下她，独自回家。他并不是责怪阿尔托莉雅的固执，而是气愤自己没有能力帮助她。直到晚上，士郎突然意识到阿尔托莉雅还没有回家，立刻赶回冬木大桥上，发现她仍然站在原地，士郎态度强硬地要将她带回家。
阿尔托莉雅听话地跟着士郎走，在路上撞见了等候已久的吉尔伽美什。此刻状态极差的阿尔托莉雅完全不是他的对手，被轻易击败重伤，并被逼迫答应他的求婚。阿尔托莉雅奄奄一息地叫士郎自己逃，但士郎毫不犹豫地拒绝了。即使双方的战斗力差距宛若天堑，即使一次次被吉尔伽美什重伤，士郎始终抱着必死的信念守护着自己喜欢的姑娘。生命攸关之际，士郎魔法回路全开，召唤出体内的剑鞘阿瓦隆，阿尔托莉雅将剑与剑鞘复原爆发出强大的力量，吉尔伽美什见势不妙立即选择撤退。
「——终于明白了。原来士郎，就是我的鞘啊。」阿尔托莉雅拥着重伤的士郎，心中百感交集。回到家后，她照顾士郎直到他醒来。分析战况完毕后，士郎向阿尔托莉雅告白，希望她能够留在现世，为她自己而欢笑，并永远留在他身边。
对于士郎的请求，阿尔托莉雅的内心挣扎，她试图推开士郎，却根本提不起一丝力气，最后千言万语都被士郎的一吻封在了口中。即使极度贪恋那个从未有过的温柔的怀抱，即使掺杂着炽热的情感以补魔为由与士郎相拥而眠，但仍然无法放弃那刻骨铭心的夙愿，她最后还是狠心地选择只作为士郎的从者。
失意的士郎来到言峰教堂，想要找言峰绮礼寻求帮助，却发现原来言峰绮礼正是一直隐藏在幕后的库·丘林的御主。发现士郎再次失踪的阿尔托莉雅再也克制不住内心的感情，一直以来试图欺骗自己的枷锁也逐渐崩裂。圣杯战争第十四天，阿尔托莉雅通过远坂凛的推理得知士郎很有可能在言峰教堂，她毫不犹豫地冲了过去，发现正被言峰绮礼拷问的士郎以及拦在面前的库·丘林。
言峰绮礼愉悦地将一个难题摆在她的面前：「你要圣杯，还是要他？」
阿尔托莉雅抱着士郎，回想起数次与他梦境相通，敬佩于他勇往直前、一直坚持的理念「无论过程多么痛苦，也不能否认过去的自己」，感动于士郎无论如何被拷打也绝不向圣杯的诱惑低头的骨气。她终于放下了一直凝聚在心头、挥之不去的执念。走自己认定的路，坚持自己的理想，即使最终的结局可能是毁灭，只求无愧于心。士郎对她的憧憬，也许是因为她的过去正是士郎所向往的未来吧。
她用阿瓦隆的治疗效果将士郎身上的诅咒效果去除，此时吉尔伽美什再次登场。言峰绮礼也愉悦地将圣杯邪恶的本质讲述给众人听，库·丘林这才发觉言峰绮礼已经违背了自己的信条，当场反水，协助阿尔托莉雅与士郎逃离了言峰教堂，拖住吉尔伽美什长达半天时间后被杀死。
两人在夕阳下互通心迹，阿尔托莉雅将自己的一切托盘而出，并向士郎致以感谢以及歉意。他们决定毁掉这个邪恶的圣杯，不同于第四次圣杯战争中滑稽的落幕，这一次她是心甘情愿的。
他们互相为彼此的「剑」和「鞘」，又拥有一致的人生理想，是一对天作之合的灵魂伴侣。一旦圣杯被毁掉以后，阿尔托莉雅将注定无法维持在现界，两人却都不约而同地没有提及此事。
最终决战，面对吉尔伽美什和言峰绮礼的双重压制，阿尔托莉雅与士郎陷入苦战，处于被绝对压制的状况下，关键时刻士郎再次投影出「阿瓦隆」。在这近乎绝对遮断结界的辅助下，两人同时击败了各自的对手。最后，阿尔托莉雅接受了士郎仅剩的一枚令咒，将圣杯再度摧毁。
「士郎，我爱你——」
一切结束后，在晨光的照耀下，阿尔托莉雅·潘德拉贡，不再是以王的身份，而是以一名爱上了人类少年的普通少女的身份，对少年表达了自己作为人类的爱。在少年深情的目光中，少女的身姿消散于长空之中。阿尔托莉雅回归了她原本的时代，正是她弥留之际，即将死去的前一刻。不同于第四次圣杯战争后的绝望，这一次，她带着满心的释然，接受了那既定的命运。由于不再渴望那所谓的圣杯，因此与阿赖耶的契约也随之背弃消失。
她用虚弱的声音，面对最后守护在身边的圆桌骑士贝德维尔，要求他将那把插在剑栏之丘的湖中剑还给湖之精灵。最后，神态安详的阿尔托莉雅微笑着喃喃自语着。
「这一次，我会——睡得更久一些——」
获得了救赎的王，缓缓闭上了双目，去追寻那梦的延续。