第1期は、当時ジェンコ所属だった大澤信博が、『アクセル・ワールド』と共にアニメ化を企画したことに端を発する。大澤は、2012年の放送を目途に企画をアスキー・メディアワークスに提出したが、折しも同年がアスキー・メディアワークス創立20周年であったことから、逆に両作をアニバーサリー作品にすることが提案され、アニプレックスの岩上敦宏も加わり、正式な作品製作が始動した[13]。 第1期では、本作と『アクセル・ワールド』が別々のビデオメーカーで制作されること、ほぼ同時期に放送することが提案されたため、連携を円滑に取るべくジェンコがアニメプロデュースとして参加している[14]。監督には、若手ながら『世紀末オカルト学院』で監督を務めあげた伊藤智彦が岩上より推挙された[15][14]。伊藤は、プレッシャーや作品と自身の親和性に疑問を抱いたことから2度に渡ってオファーを断ったが、『魔法少女まどか☆マギカ』における伊藤の絵コンテを見ていた岩上らの説得によって、起用がなされた[14]。その伊藤のリクエストで、キャラクターデザインには足立慎吾が起用された[15]。足立の起用は伊藤の提案であったが、プロデューサー陣は原作イラストを担当するabecが足立の絵のファンであったことも、オファーに繋がったと証言している[14]。 ファントム・バレット編制作にあたっては、銃火器に詳しい時雨沢恵一が監修として参加している。その流れが、スピンオフ作品小説『ソードアート・オンライン オルタナティブ ガンゲイル・オンライン』を時雨沢が執筆するきっかけとなっている[注 5]。
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