新シナリオ披露パーティーでの惨劇から２週間後。バーナードは浜辺でデロス社の科学捜査チームに発見される。惨劇を逃れた黒服の男は、傷を手当てし再び馬に乗って出発する。彼は少年時代のフォード博士のアンドロイドに出会い、「次のゲームは君のためのゲームだ」と告げられる。結局パークに留まったメイヴは、へクターと再会し、共に娘を捜すことに。“目覚め”を経たドロレスは、ゲストたちを殺害し続ける…。

ウエストワールド開業前、出資を求めてローガンにプレゼンをするため、ドロレスらアンドロイドたちは現実世界へ連れてこられていた。ドロレスは、初めて見る世界の見事さに感動する。反乱後、デロス社から約800人もの対策チームが送られてくることを知ったドロレスは、ある作戦を実行する。その途中、ドロレスたちは娘を捜すメイヴらとすれ違う。黒服の男はローレンスを救い出し、共に西へ向かう。

植民地時代のインドをテーマにしたパークでホストに襲撃されたある女性は、逃げるために川を渡り、ウエストワールドへ辿り着く。ピーターを捜すバーナードたちだが、ピーターはコンフェデラードスの傭兵に捕まり、一緒にバーナードも捕らえられてしまう。ドロレスはコンフェデラードスを率いるブリガム大佐と手を組むことになるが、そこで父ピーターと再会する。一方、娘を捜し森を彷徨うメイヴたちは謎の男に襲われる…。

デロス社の経営権を娘婿のウィリアムに譲ったジェームズ・デロスは、ある閉鎖された部屋での生活を強いられていた。そこへウィリアムがやってくる。バーナードは行方不明だったプログラマー、エルシーをパークの岩穴の中で発見。そしてバーナードは微かな記憶を辿り、岩穴の奥に作られた秘密のラボを見つける。黒服の男は西へ向かう途中、ローレンスの家族が住むラス・ムダスの町へ立ち寄る。

湖からホストの大量の死体が引き上げられるが、３分の１のホストの制御装置にはデータが入っていなかった。ドロレスとテディたちは久しぶりにスイートウォーターへ戻る。日本の江戸時代を基にした“ショーグン・ワールド”に迷い込んだメイヴたちは、浪人ムサシが率いる一団に捕らわれ、町に連れて行かれる。メイヴはそこで芸者アカネとその娘サクラと出会うが、その夜、将軍の討手にサクラがさらわれる…。

ショーグン・ワールドでは将軍たちが全滅した後、ムサシが組頭タナカとの最後の対決に挑む。ドロレスに性格の設定を変えられたテディは、無情に捕虜を撃ち殺す。黒服の男は娘エミリーと再会。エミリーは、ウエストワールドに死に場所を求める父へ一緒に現実世界に帰ろうと訴える。バーナードとエルシーは矯正部へ。そこで、フォード博士による設定を修正しようとしても弾き返されることが判明する…。

ラボの隠し扉の中に旧式のバーナードが何体も見つかった。それを見たシャーロットはバーナードがアンドロイドだと知り、驚く。彼女はバーナードの記憶を辿ればピーターの制御装置の行方が分かると考え、バーナードの記憶を蘇らせようとする。シミュレーション空間へ入ったバーナードは、フォード博士と再会する。亡霊の国の戦士たちに追われゴーストタウンへ逃げ込んだメイヴたちは、黒服の男に出くわすが…。

行き倒れになっていた黒服の男は、亡霊の国の戦士アキチタに拾われる。かつて、妻コハナと幸せに暮らしていたアキチタは、ある時アーノルドの迷路を発見して、そのシンボルが忘れられなくなった。その後、彼は再プログラムされたが、コハナに再会し過去の記憶が蘇る。別の世界があると気付いたアキチタは、そこへの扉を探し始める。リーは撃たれたメイヴをラボへ搬送し、彼女を死なせてはいけないと訴える…。

父である黒服の男を引き取ったエミリー。父と娘は、自殺した母について過去を振り返り始める。だが黒服の男は、エミリーをフォードが差し向けたアンドロイドではないかと疑い始め…。ラボではメイヴから取り出したコードをクレメンタインに移植し、デロス側からの指示でホストを操れるようにする…。“彼方の谷”へ進むドロレス一行だが、亡霊の国の戦士に行く手を阻まれ、ドロレスとテディだけが生き残る…。

１人になったドロレスは再び“彼方の谷”を目指すが、途中で黒服の男と遭遇し、共に先へ進むことに。“鍛冶場”に着いた２人はバーナードと出くわし…。新世界への“扉”を探すアキチタに率いられ、彼方の谷には大勢のホストが来ていた。そこへクレメンタインが現れ、互いを攻撃する指令をホストたちに送る。一転修羅場となったその地に、リーやへクターに救われたメイヴが娘を捜しに現れる…。