Después de que una serie de misteriosas desapariciones comienzan a plagar un tren, los múltiples intentos del Cuerpo de Cazadores de Demonios para remediar el problema resultan infructuosos. Para evitar más bajas, el Pilar del Fuego, Kyoujurou Rengoku, se encarga de eliminar la amenaza. Lo acompañan algunos de los miembros de la sangre nueva más prometedores del Cuerpo: Tanjirou Kamado, Zenitsu Agatsuma e Inosuke Hashibira, quienes esperan presenciar de primera mano las ardientes hazañas de este modelo de cazador de demonios.

Sin que ellos lo supieran, las fuerzas demoníacas responsables de las desapariciones ya han puesto en marcha su siniestro plan. Bajo esta presencia demoníaca, el grupo debe reunir cada gramo de su fuerza de voluntad y desenvainar sus espadas para salvar a los doscientos pasajeros a bordo. Así, Kimetsu no Yaiba: Mugen Ressha-hen se adentra en los rincones más profundos de la mente de Tanjirou, poniendo a prueba su determinación y compromiso con el deber.