Sora, Paperino e Pippo sono stati in animazione sospesa per un anno al fine di recuperare i loro ricordi persi in Chain of Memories. Nel frattempo Roxas, il Nessuno di Sora, è intrappolato in una simulazione virtuale di Crepuscopoli creata da DiZ per fondere Roxas con il suo io originale e ripristinare il potere di Sora. I piani di DiZ sono minacciati quando i Nessuno ed Axel, amico di Roxas quando era nell'Organizzazione, si infiltrano nella città virtuale, ma a più riprese Roxas è in grado di respingere i nemici e, infine, fondersi con Sora. Sora, Paperino e Pippo si svegliano nella vera Crepuscopoli e incontrano Re Topolino e Yen Sid, che li invia verso un altro viaggio. Il loro obiettivo è quello di trovare Riku e fermare i piani dell'Organizzazione XIII, che controlla i Nessuno - gusci senza cuore rimasti quando le persone con un cuore forte si trasformano in Heartless. Anche Malefica risorge e si unisce al suo fedele servitore Pietro per continuare la sua ricerca di potere e conquista di mondi.

Sora viaggia per molti mondi Disney vecchi e nuovi, risolvendo diversi problemi causati da una parte dall'Organizzazione XIII ed i Nessuno, e dall'altra da Malefica, Pietro e gli Heartless, oltre ai cattivi dei singoli mondi. Durante una visita alla Fortezza Oscura incontrano nuovamente re Topolino, che rivela loro la vera natura di Ansem, l'antagonista di Kingdom Hearts. Egli era in realtà l'Heartless di Xehanort, un allievo che rubò l'identità del suo maestro, il vero Ansem il Saggio, mentre il suo Nessuno è Xemnas, il leader dell'Organizzazione. Quest'ultima progetta di creare Kingdom Hearts raccogliendo di tutti i cuori che Sora libera distruggendo gli Heartless con il suo Keyblade, per riconquistare i cuori perduti dai singoli membri. Sora rivisita allora i vari mondi per risolvere vecchi problemi e nuove complicazioni, cercando nel contempo un percorso per raggiungere la base operativa dell'Organizzazione XIII. Durante i suoi sforzi, Sora è segretamente aiutato da una misteriosa figura incappucciata che egli ritiene essere Riku.

Seguendo un indizio, Sora, Paperino e Pippo entrano nella Crepuscopoli virtuale trovandovi un passaggio, ma mentre lo attraversano vengono attaccati da un'orda di Nessuno. Incontrano però Axel, che si sacrifica per permettere ai tre di raggiungere il Mondo che non esiste, sede sia dell'Organizzazione XIII che del loro Kingdom Hearts, che illumina il mondo come una luna. Una volta nel Castello che non esiste, Sora trova Kairi e Riku, il cui aspetto è stato modificato dalle tenebre in quello dello studioso dell'Oscurità: in questo frangente Riku spiega a Sora anche la natura del legame che ha con Roxas. Re Topolino incontra DiZ, che si rivela essere Ansem il Saggio e che ha intenzione di usare un dispositivo da lui creato per assorbire e dissipare il Kingdom Hearts. Mentre il dispositivo opera, un sovraccarico del sistema fa sì che questo si autodistrugga, coinvolgendo Ansem nell'esplosione e facendo miracolosamente tornare Riku alla sua forma originale. Sulla cima del Castello che non esiste, Sora e compagni quindi combattono contro Xemnas, che usa ciò che resta del Kingdom Hearts per alimentare il suo potere e riuscendo in un secondo momento a separare Sora e Riku dagli altri, lasciandoli soli a combattere contro di lui. Sora e Riku quindi riescono a sconfiggere e distruggere Xemnas ma i due si ritrovano sperduti nel Regno dell'Oscurità, dal quale però riescono a uscire riunendosi con i loro amici alle Isole del destino.