À la suite des événements du jeu précédent, Kenichi Nakamura est profondément affecté par la trahison de Sebastian Campbell et fonde l’Alliance, un groupe de chasseurs d’Invizimals chargé de protéger les Invizimals et le monde contre ceux qui, comme Campbell, cherchent à exploiter les Invizimals à des fins personnelles. Kenichi nomme le joueur comme l’un des premiers membres de l’Alliance.
Kenichi et ses amis, Jazmin Nayar et le professeur Bob Dawson, se retrouvent dans une bibliothèque de Barcelone avec un collègue de Dawson, le professeur Alex Michaels. Ils y discutent de leur projet d’explorer le monde afin de découvrir de nouvelles espèces d’Invizimals. Kenichi avance l’hypothèse que Campbell pourrait être encore en vie, ce que les autres mettent en doute.
Dawson, Kenichi et Jazmin participent ensuite à un tournoi amical que le joueur remporte. Après cela, les trois amis partent explorer différentes régions du monde : Dawson en Amérique du Nord, Jazmin en Asie de l’Est et Kenichi dans certaines régions du nord-est de l’Afrique, le joueur les aidant tout au long de leur périple.
Alors qu’il explore une base située près du mont Kilimandjaro, Kenichi découvre un Invizimal à l’apparence inhabituelle, semblable à un Rattleraptor mais beaucoup plus agressif et puissant, qui perturbe le fonctionnement de sa PSP. Pendant que le joueur l’affronte afin de mener des recherches, le Dark Rattleraptor utilise un pouvoir inédit. Après le combat, Kenichi conclut que la créature est dangereuse et l’envoie au professeur Dawson pour qu’il poursuive les analyses. Dawson détermine qu’il s’agit d’un Invizimal sombre, une version corrompue du Rattleraptor, bien plus puissante, agressive et dangereuse pour les appareils électroniques.
Alors que le professeur Dawson explore des forêts de séquoias amérindiennes en Californie, il devient de plus en plus instable et paranoïaque, allant jusqu’à penser que des gens le surveillent. Il apprend bientôt qu’un groupe local de chasseurs d’Invizimals a découvert un autre Invizimal sombre et prévoit d’organiser un tournoi dont il serait le prix principal. Dawson demande au joueur de participer au tournoi, qu’il remporte, ajoutant ainsi un second Invizimal sombre à sa collection. Après le tournoi, la présence de deux Invizimals sombres commence à corrompre Dawson, qui sombre peu à peu dans la folie.
Pendant ce temps, Kenichi tente d’entrer dans le tombeau d’une pyramide égyptienne et soupçonne que Campbell se trouve à proximité, en raison de son intérêt passé pour la mythologie égyptienne. Dawson contacte Kenichi par appel vidéo pour l’avertir de l’influence néfaste des Invizimals sombres, et Kenichi remarque la détérioration de l’état mental de son ami. Une fois la pyramide accessible, Kenichi découvre la base secrète de Campbell, confirmant qu’il est toujours en vie. Avec l’aide du professeur Michaels, Kenichi apprend que l’objectif ultime de Campbell est de construire et d’ouvrir un portail à Stonehenge, afin de permettre aux Invizimals sombres d’entrer dans le monde réel et de conquérir la planète. Kenichi est alors attaqué par un Invizimal sombre laissé par Campbell pour garder la base, que le joueur affronte et détruit.
Kenichi et Dawson se retrouvent ensuite pour se rendre à Stonehenge et arrêter Campbell, Dawson ayant temporairement retrouvé la raison. Après avoir résolu une énigme de miroirs révélant l’emplacement du futur portail d’ombre, le groupe arrive à Stonehenge et confronte Campbell. Dawson est de nouveau corrompu par l’influence des Invizimals sombres et tombe sous le contrôle de Campbell, attaquant Kenichi. Le joueur protège Kenichi, vainc Dawson et détruit son Invizimal sombre, le libérant de son emprise. Le joueur affronte ensuite Campbell et le vainc.
Bien que Campbell soit battu, il a gagné suffisamment de temps pour que le portail d’ombre s’ouvre. Le chef des Invizimals sombres, un Dark Icelion, en émerge. Campbell tente de s’allier à lui, mais la créature refuse et entraîne Campbell à travers le portail vers le monde des Invizimals. Malgré la disparition de Campbell, le portail reste ouvert. Le Dark Icelion invite alors subtilement Kenichi à le suivre dans le monde des Invizimals. Malgré les supplications de Dawson, Kenichi estime que c’est son destin et traverse le portail, laissant Dawson dévasté tandis que celui-ci se referme derrière lui.
