本片根据士郎正宗之原著漫画，《攻壳机动队》第一部之第六章〈Robot Rondo〉改编，并且延续第一部电影中草薙素子与“傀儡师”融合后下落不明的剧情。

本片由日本未来公元2032年的新港市中高级人造女奴机器人失控杀人事件开始，公安九课派出巴特和德古沙以私人身份调查生产女奴的跨国企业洛氏公司。在业余时候，巴特很想念离开九课的草薙素子。他的发型改为马尾，并且养了一只巴吉度犬。巴特和德古沙沿线追查，和黑帮与一名骇客对抗搏斗之后，得到足够线索与资源让巴特潜入洛氏公司的工厂船。最后巴特在突然出现的草薙素子协助下，控制工厂船，查出洛氏公司伤害真人来生产人造女奴的罪行。