草薙素子之后，巴特与侦探出身的陀古萨结为搭档。近期发生多起机器人偶杀害主人继而自杀的事件，由于受害者家属均无公诉，且死者中有政客与公安官员，于是公安9课派出巴特小组调查此案。杀人人偶皆为荒凉地带公司出品的哈德莉机型，应部分顾客要求，该机型同时具备异性玩伴的功能，巴特从荒凉地带公司出货官遇害入手，卷入与黑帮的战斗，期间有人入侵他的大脑，使其自残。
巴特决定直奔荒凉地带总部，他与陀古萨拜访了择捉岛上的黑客基姆，后者布下系统陷阱，幸有素子提出警告避免陀古萨陷入控制。依靠基姆这条线索，巴特登上了荒凉地带公司设立在海上的工厂船，素子再次降临他的身边，与其并肩作战。

故事背景为日本的江户时代，风是一家小茶馆的侍女，这天茶馆里来了一群地方恶霸，其中地方官儿子龙次郎尤其欺人太甚。风因为意外得罪了龙次郎，情急之下，茶馆内一名无职浪人“无幻”出手救了风。另一方面，地方官正在欺压老百姓，流浪武士“仁”路见不平拔剑相助，杀死了地方官身边的四个“高手”保镖，救下了穷人，因此得罪了地方官。
随后，无幻和仁在茶馆里相遇并交手，忽然一场大火将他们困住，二人随之被捕。因儿子在大火中丧生，恼羞成怒的地方官勒令将二人砍首。砍首之日二人大闹刑场，并且在风的帮助下，从刑场中逃出来了。作为代价，风要求他们一起去寻找一个身上“带着向日葵香味”的武士。从此，三人展开了一场奇幻的旅程。
《混沌武士》由渡边信一郎监督，全片彰显了独特的浮世绘加现代Hip-Hop风格。本动画获选为2004年第八回日本文部省文化厅媒体艺术祭动画部门推荐的作品。