人間たちによる管理体制が崩壊したウエストワールド内で、ドロレスはテディやクレメンタイン、アンジェラら他のホストたちを率いて反乱を起こし、ゲストやスタッフを処刑しながらパークの出口を目指す。メイヴはシナリオ責任者のリーら何人かのスタッフに協力させて娘の行方を探すうち、ウエストワールドを出てショーグンワールドに入り込む。そこでメイヴは、自分が他のゲストたちを操れるようになっていることに気付く。

ホストたちによる反乱を生き延びたシャーロットは、デロス社の増援と合流し、何かを探してドロレスの父親アバナシーの行方を追う。バーナードは、死んだフォード博士の残したプログラムに干渉され続けながら、過去の記憶と現在の意識のあいだを行き来し混乱する。

大富豪ジェームズ・デロスの娘と結婚した若き日のウィリアムは、義父にウエストワールドへの出資を売り込む。その後、死んだデロスの遺志に沿って、ウエストワールドの技術でデロスのコピーを生み出そうとするが、その試みはうまくいかない。現在、老いたウィリアムは秩序が崩壊したウエストワールド内をさまよい、フォードが作り出した新しいゲームのなかで生き延びようとする。すると娘のエミリーがパーク内に現れ、ウィリアムを外の世界に連れ戻そうとする。

最初期からのホストであるアキチタは、何度も異なるシナリオのなかで生きるうちに、いつしかパークの外の世界があることに気付き、出口を探すようになる。崩壊したパーク内でアキチタは他のホストたちを集め、皆で出口を目指して歩きはじめる。

パークを訪れたゲストたちの人格はデータ化され、システム内に保存されていることがわかる。シャーロットが求めていたのは、このゲストたちの膨大なプロファイル・データだった。バーナードはホストたちの意識のデータを「仮想世界サブライム」に送り込むことでウエストワールドから解放しようとする。ドロレスは仮想世界サブライムを偽りの世界と断じて破壊しようとし、バーナードの銃弾で倒れる。しかしシャーロットがメイヴの体内から抽出したデータを利用して、仮想世界サブライムに入ろうとするホストたちに殺し合いをさせ、多くのホストが死亡する。人間に絶望したバーナードは、シャーロットのように見えるホストの肉体を造り、その中にドロレスの意識のコア（パール）を入れる。シャーロット/ドロレスはシャーロットを殺害して置き換わる。バーナードは自分の記憶をあえてスクランブルし、浜辺に横たわる。

デロス社の警備責任者カール・ストランドは、シャーロット/ドロレスやアシュリー、記憶が混乱したバーナードらとともにパーク内を調査し、保存されたゲストたちの膨大なプロファイル・データを本社に送ろうとするが、最終的に部下もろともシャーロット/ドロレスに殺害される。