Masaru herda uma grande fortuna após seu pai morrer em um acidente. Isso faz com que ele se torne alvo de sequestradores, que enviam fantoches sinistros para raptá-lo. O jovem Narumi Kato decide ajudá-lo, mas os dois acabam encurralados pelo inimigo. Masaru grita por ajuda em desespero, e é então que uma misteriosa moça de cabelos cinza, Shirogane, aparece para resgatá-los.

Após um breve momento de paz, Masaru, Narumi e Shirogane são perseguidos novamente, dessa vez pelo assassino Eiryo Ashihana, que controla uma marionete em forma de pierrô, chamada Pulcinella. Shirogane usa sua marionete Arlequin em contra-ataque, mas no meio tempo, um comparsa de Ashihana aparece para tentar raptar Masaru.

Após inúmeras tentativas, finalmente Masaru é raptado e levado a Karuizawa. A fim de salvá-lo, Narumi e Shirogane encaminham-se à mansão de Zenji Saiga, o tio de Masaru e o verdadeiro responsável por seu rapto. Enquanto isso, Masaru tenta escapar da mansão, mas, durante sua fuga, acaba encontra um arquivo deixado pelo seu falecido pai, Sadayoshi Saiga.

Masaru está decidido a deixar seus medos de lado e tornar-se mais forte, para poder livrar-se de seu tio Zenji. Ele acaba reencontrando o assassino Ashihana, mas, dessa vez, ao invés de fugir, decide conversar com ele e convencê-lo a passar para o seu time. Enquanto isso, Narumi e Shirogane acabam sendo capturados pelos titereiros que trabalham para Zenji e veem-se em um beco sem saída.

Depois de ter salvado Masaru inúmeras vezes, Narumi fica preso na explosão que ocorreu na mansão de Zenji e é dado por desaparecido. Masaru fica extremamente triste pela perda, mas, seguindo o conselho que ouvira de Narumi para ser sempre forte, decide voltar para a escola e para sua vida normal. Então, a fim de protegê-lo, Shirogane matricula-se na escola adjacente a de Masaru.

Apesar de ter sido considerado morto após a explosão em Karuizawa, Narumi acorda a salvo em um hospital. Lá ele, que perdera a memória com o choque do acidente, encontra o mulherengo Guy e uma senhora idosa chamada Lucille. Narumi interage com algumas crianças hospitalizadas, e, quando nota que seu corpo está se recuperando em uma velocidade anormal, ele tem um mal pressentimento.

Narumi descobre a verdade sobre a síndrome ZONAPHA e sobre a existência do Le Cirque de Minuit e dos autômatos que vem espalhando a doença. Narumi então decide que, para salvar as crianças que possuem essa doença, ele deve tornar-se um destruidor de autômatos, um "shirogane". Enquanto isso, Masaru e Shirogane juntam-se ao Circo Nakamachi e encontram a misteriosa Vilma.

Com a adição à trupe da atiradora de facas Vilma e com dinheiro suficiente arrecadado, o Circo Nakamachi prepara-se para realizar uma performance em Izu. Um pouco antes da noite de abertura, Narumi, Guy e Lucille pegam um avião para Shanghai a fim de encontrar o Le Cirque de Minuit. No entanto, diversos autômatos estão no voo, gerando um confronto nos céus do Oceano Pacífico.

Guy, ferido durante a batalha com os autômatos, é salvo pelos membros do Circo Nakamachi. Descobre-se que ele é o professor de marionetes de Shirogane, que então finalmente conta sua história para Masaru. Masaru decide viajar sozinho em busca de informações sobre seu próprio passado. Narumi também vê-se de frente com um velho conhecido ao encontrar Liang, seu mestre de artes marciais, na China.

Liang conta a história do triângulo amoroso que gerou a síndrome ZONAPHA. Jin e Yin eram dois irmãos aspirantes a alquimista que acabaram se apaixonando pela mesma mulher, Francine. A rivalidade entre os dois deu início a essa tragédia que tomou conta do planeta. Narumi e seus companheiros ainda estão processando essa informação quando um dos quatro autômatos mais antigos, Pantalone, surge.

Os acontecimentos na China levam à descoberta da localização do Le Cirque de Minuit no Deserto do Saara, onde então shiroganes de todas as partes do mundo reúnem-se com o objetivo de destruí-lo. Lá, Narumi encontra Fatima, uma especialista em deserto, e também o Comandante Faceless, que controla os shirogane-Os, shiroganes que tem parte de seu corpo mecanizados.

Na tenda do Le Cirque de Minuit, Narumi e seus companheiros derrotam o Carrossel Olsen e os Irmãos Acrobatas. Frente a duas portas, das quais apenas uma levará a Boneca Francine, eles decidem dividir-se em dois grupos. Atrás das portas, no entanto, eles acabam deparam-se com um novo inimigo.

Após chegarem ao centro da tenda do Le Cirque de Minuit, Narumi e os outros shiroganes conseguem finalmente visualizar a Boneca Francine. No entanto, para chegar até ela, eles devem primeiro derrotar os quatro autômatos mais antigos. Quando um deles, Colombine, está prestes a dar o golpe de misericórdia no já gravemente ferido Narumi, os outros shiroganes unem-se para protegê-lo a todo custo.

Uma após a outra, vidas se perdem em meio ao violento confronto. Com Narumi à beira da morte, Rockenfield arrisca uma cirurgia de emergência. Enquanto isso, Arlequino e Pantalone conseguem libertar-se após terem sido paralisados pela Boneca Angelina, que é idêntica à Boneca Francine. Com a situação cada vez pior, Narumi finalmente abre os olhos, sentindo-se tomado pela energia de seus amigos.

Masaru parte sozinho em busca de respostas aos mistérios acerca de seu nascimento e visita a casa onde morava com sua mãe. Lá, embora não consiga lembrar-se do rosto de seu pai, recorda-se de ter sido adotado pela família Saiga após a morte de sua mãe. Com seus pensamentos girando em torno de conversas com seu avô Shoji, Masaru dirige-se à casa onde renasceu, a mansão de Karakuris.

Masaru é capturado pelos titereiros de Kuroga. Ao recuperar a consciência, vê diante de seus olhos seu gentil avô Shoji, que Masaru pensara estar morto. No entanto, Shoji mostra-se hostil e chama Masaru pelo nome de seu pai, Sadayoshi. Forçado a beber o sangue de Shoji, que contém Aqua Vitae, Masaru experiencia memórias de Shoji de quando ele trabalhava como médico em Nagasaki, na Era Tempo.

Masaru continua sua viagem pelas memórias de Shoji. Ele vê Shoji beber a Aqua Vitae e decidir viver com Angelina. Com ela ao seu lado, Shoji dedica-se à criação de marionetes para auxiliar os shiroganes. Certo dia, eles são visitados por um homem chamado Dean Maistre, que veio da França, sob ordens de Lucille, a fim de ajudar a distribuir as marionetes de Shoji a shiroganes ao redor do mundo.

A filha de Shoji e Angelina, Éléonore, ganha vida. Seu nascimento é a causa de uma mudança gradual nas atitudes de Guy e da Boneca Francine. Eles são todos tomados por uma felicidade, que, no entanto, se mostra efêmera assim que um misterioso som mecânico anuncia a invasão de automata à vila Kuroga.

Masaru retoma a consciência e, para provar que não é Sadayoshi, escapa da mansão onde estava aprisionado. Nesse momento, ele se encontra por acaso com Shirogane, que fora até Kuroga para procurá-lo. Os dois são perseguidos por Guy e o clã Kuroga. No entanto, em meio à fuga, Masaru tem outra visão, na qual Éléonore acaba bebendo a Aqua Vitae por acidente contra a vontade de Angelina.

Descarregar informações de seu próprio cérebro em Masaru e fazê-lo conectar-se com Éléonore. Esse era o plano de Sadayoshi. Masaru chora após testemunhar, nas memórias de Shoji, tamanho sofrimento. No entanto, Shoji e Guy seguem convictos de que ele é Sadayoshi, e Guy volta sua faca para Masaru. Nesse momento, um membro do clã Kuroga interrompe para revelar algo do qual nem mesmo Shoji sabia.

Um homem, em diferentes eras e formas, manipulando as cordas do destino para seu próprio proveito. Faceless revela ser esse homem, chamado Bai Jin. Ele rapta Shirogane e faz com que apareçam gigantescas deusas de prata, espalhando ZONAPHA ao redor do mundo. Masaru tenta atacá-las, mas Jack-o'-Lantern parece não surtir efeito nelas. Desesperado, Masaru junta-se a Guy e Lise para perseguir Faceless.

Narumi e seu grupo chegam ao instituto de pesquisa para defender a máquina de tratamento de ZONAPHA "Harry". Após Tom ser feito refém, Mingxia inicia um conflito com o autômato Jones. No início, ela não parece ter chances, mas logo encontra forças em suas memórias de seu pai e de Lucille. Enquanto isso, Shirogane, ainda presa, segue sendo chamada de Francine por Colombine, Pantalone e Arlequino.

A batalha continua no instituto de pesquisa. George enfrenta, sem muito sucesso, Schnurzi, um novo tipo de shirogane-O, que então revela suas razões para ter se aliado a Faceless. Enquanto isso, Ashihana entra em combate com Pantalone. Lembrando-se das palavras de Fou, ele analisa os ataques de Pantalone e parece encontrar uma forma de vencê-lo. No entanto, este inimigo não cairá tão facilmente...

Narumi e Mingxia finalmente chegam à máquina de tratamento de ZONAPHA "Harry". No entanto, eles encontram Dr. Banhart e os outros pesquisadores à beira da morte após terem sido atacados pelos autômatos Blom Blom Low e Drill September. Tentando ganhar tempo, Narumi e Mingxia decidem enfrentar os inimigos separadamente, mas Mingxia acaba encontrando um destino cruel nas mãos de Blom Blom Low.