Podczas nalotu na miejsce potencjalnie kryminogennych negocjacji z przedstawicielem obcego państwa Daisuke Aramaki z Wydziału Bezpieczeństwa spotyka tajemniczego cyborga. Kobieta, przedstawiwszy się jako Motoko Kusanagi, proponuje ministrowi spraw wewnętrznych utworzenie nowej wyspecjalizowanej jednostki. Aramaki przystępuje do sprawdzenia Kusanagi w ramach jej pierwszej misji.

Kusanagi i jej zespół formują grupę specjalną pod nadzorem Aramakiego. Gdy cybermózg tłumaczki szefa MSZ-u zostaje zainfekowany przez wirusa, ekipa podejmuje próbę wyśledzenia hakera. Aramaki podejrzewa, że to żyjący na uchodźstwie pułkownik Mares planuje zakłócić przebieg spotkania na wysokim szczeblu.

Po szaleńczym pościgu w Fuchikomach Kusanagi i Togusa zatrzymują podejrzanego. Aramaki i Bateau obserwują pułkownika Maresa oraz Władcę Marionetek, hakera odpowiedzialnego za użycie wirusa na polecenie wojskowego.

W obliczu ataków na ludzi przez prototypowe roboty zespół Kusanagi rozpoczyna śledztwo i odkrywa element wspólny wadliwych modeli. Bateau i Togusa próbują zidentyfikować źródło ataków w zakładzie produkcyjnym Hanka Precision Instruments.

Kusanagi i jej grupa specjalna udają się na Północne Rubieże tropem cyborga bojowego, Koila Krasnowa. Próbując odkryć zamiary Koila oraz kulisy korupcyjnego procederu stojącego za rozbudową podziemnej fabryki Sagawa Electronics, Kusanagi infiltruje siedzibę firmy, gdy Bateau z resztą ekipy zagłębia się w podziemny kompleks.

Kusanagi i jej chłopak w wyniku tajemniczego ataku trafiają do szpitala. Podejrzenie pada na Toru Somę, terrorystę, z którym Motoko ma niedokończone sprawy. Ucieczka przed prześladowcami sprowadza Kusanagi i Togusę do opuszczonej fabryki, gdzie muszą podjąć rozpaczliwą walkę z uzbrojoną grupą.

Z firmy Megatech-Body ucieka wyprodukowany tam robot. Gdy przejmuje go Sekcja 9, okazuje się, że to tymczasowe ciało Władcy Marionetek. Haker oznajmia grupie Aramakiego, że stanowi formę życia zrodzoną samoistnie z oceanu informacji, i wnioskuje o azyl polityczny. Chwilę później robotyczne ciało wykradają nieznani sprawcy.

Kusanagi odzyskuje przytomność po zanurzeniu w świadomość Władcy Marionetek. Mimo poznania prawdy agentka wciąż wyczuwa obecność hakera. Grupa specjalna robi nalot na łódź używaną do działalności terrorystycznej i Motoko przypadkowo zabija przywódcę komórki przestępczej.

Nieznana osoba udostępnia nagranie z łodzi mediom i Kusanagi zostaje oskarżona o nieuzasadnione użycie siły śmiercionośnej. Głównym podejrzanym o uknucie intrygi staje się wywiad Ghorantlu. Kusanagi próbuje sama dojść do prawdy, ale wkrótce staje przed sądem.

Kusanagi w wyniku postrzału traci swoje syntetyczne ciało i z pomocą Bateau wymyka się służbom. Teraz, jako wyekstrahowany mózg, była agentka udaje się z partnerem po nowe ciało. W trybie odcięcia przenika do niej uznany za zniszczonego Władca Marionetek.