I den tredje runden gjennom spillet begynner YoRHa sin invasjon for fullt, men på grunn av et logikkvirusangrep fra maskinene, gjort mulig av glitchen 9S oppdaget tidligere, blir alle YoRHa-androidene utenom 2B og 9S smittet og bytter side til maskinene, også de i bunkeren. I kjølvannet av dette blir 2B og 9S adskilt, og 2B blir smittet allikevel. A2 oppdager henne, og 2B laster opp minnene sine i sverdet sitt og ber A2 ta vare på 9S. A2 dreper deretter 2B idet 9S finner dem, men 9S får ikke med seg at 2B blir drept i medlidenhet. Samtidig med dette dukker et enormt tårn skapt av maskinene opp av bakken, som skiller 9S og A2 fra hverandre før 9S rekker å begynne å slåss mot henne. I løpet av de neste to ukene fortsetter de å være adskilt. A2 ender opp med å føle mer med maskinene. Hun er vitne til at Pascals landsby blir angrepet, og derretter at landsbybarna begår selvmord i frykt for hva mer som kan skje. Pascal trygler derretter A2 om å enten slette minnene hans eller drepe han. 9S utforsker sekundære tårn som også har dukket opp for å få tilgang til hovedtårnet, og blir stadig mer psykisk ustabil. Han får vite at tårnet som har dukket opp er designet til å skyte en missil mot månen. Både 9S og A2 kommer seg etter hvert inn i tårnet, og Devola og Popola ofrer seg for å åpne døren inn til det.