进入无限城之后，炭治郎很快便和义勇一同遭遇了猗窝座。义勇在猗窝座在询问自己的名字未果后，便被其使用破坏杀·脚式一脚踢飞，随即，炭治郎与猗窝座开始了单挑。一番交战后，猗窝座认同了炭治郎的长进。然而，因为猗窝座说出了“炭治郎能变强是多亏杏寿郎死掉”这种话，炭治郎因此愤怒到了极点，向猗窝座指出：“每个人都有弱小的时候·，所有人或多或少都一定受过别人的帮助·。强者需要保护弱者，然后弱者也要变强再去保护其他弱小的人，这才是自然之理！”
听到这句话的猗窝座终于察觉到，自己之所以不喜欢炭治郎不是因为他之前很弱，而是他说的每句话都在刺激着自己回忆起早已遗忘了的那段什么都没能兑现、充斥着妄言的人类时期的回忆。由此回想起了师傅说过同样的话的猗窝座因此震怒到了极点，随即将炭治郎逼至绝境。此时，义勇赶回并救下炭治郎，觉醒了斑纹和猗窝座缠斗。在此期间，炭治郎回想起了过去伊之助曾表明、藤之家的一天老太太总是突然出现很可怕，发觉出猗窝座的血鬼术的原理就是根据斗气来感知敌人的位置。并回想起父亲教导过自己的、能控制斗气的至高境界“透明的世界”的用法。
斩断黑夜在义勇险些被猗窝座所杀之际，炭治郎成功斩断了猗窝座一臂并救下了义勇。察觉到炭治郎的变化的猗窝座，以破坏杀·终式·青银乱残光试图打倒炭治郎，但被发动了透明的世界的炭治郎近乎全数避开。没有察觉到炭治郎还活着的猗窝座正准备杀死义勇，炭治郎却主动向其表示自己还活着。猗窝座正准备反击时，却发现炭治郎没有发出丝毫斗气，进而导致自己的破坏杀·罗针失效，因而愣在了原地。随即，炭治郎便以火之神神乐·斜阳转身从正面将猗窝座斩首。
紧接着，义勇也将自己的断刀投出，刺穿了猗窝座的头部使其失去了头颅。但是，猗窝座心中变强的执念使他突破了鬼的限界，以无首之身继续和二人交战，并开始恢复人类时期的记忆。随即，炭治郎被猗窝座一脚踢飞，并昏了过去。醒来时，炭治郎眼见义勇就要被杀，便提刀上前意图阻止，但却因为脱力而导致刀脱手，不得已炭治郎选择用拳头直接殴打了猗窝座正在再生的头部。
因为师傅也曾这么打过他，受到了巨大刺激的猗窝座终于想起自己真正想要破坏的其实是——没能遵守对父亲和爱人的承诺，并玷污了师傅最重要的素流拳法的自己。最终，猗窝座在对炭治郎微笑之后自行了断，承认自己在被炭治郎堂堂正正地斩首时就输了。战后，两人因为过于疲劳而失去意识。
醒来后的炭治郎从炼狱千寿郎的来信中，得知日之呼吸剑士继国缘壹和鬼舞辻无惨战斗的经过、日之呼吸与火之神神乐之间的渊源，以及自己所不知道的火之神神乐的第十三个舞型。 [27]在无限城中寻找无惨的二人，从前来传令的鎹鸦口中得知了战友死去的消息。尽管满怀悲伤，即便自己只是个并未完全继承先人衣钵的猎鬼者，但炭治郎还是下定了决心，要像同伴那样，战斗到生命的最后一刻。
二人被鸣女的血鬼术移动到了鬼舞辻无惨的所在处。试图拉近距离攻击的炭治郎被无惨弄瞎了右眼。由于失去一只眼睛而无法迅速判明攻击轨迹，炭治郎转而借助嗅觉来应对无惨的攻击，却因此忽略了地形，直接撞上了身后的墙壁，被无惨逼入绝境。
突然，本应死去的甘露寺蜜璃破天花板而入打断了无惨的攻击，而炭治郎则被一同赶来的伊黑小芭内救下。原来鸣女的思想已经被愈史郎的血鬼术所控制，在其配合下，四人联手对抗无惨。无法夺回鸣女控制权的无惨最终忍无可忍的抹杀了鸣女，无限城因脱离了鸣女的控制而开始崩塌。炭治郎将死去队员地短刀投掷入无惨的脑袋中，救下了差点被杀的蜜璃。最终，愈史郎努力依靠着鸣女仅存的活性细胞，使得无限城冲出了地表，众人因此全部脱出无限城。
当炭治郎回过神来时，无限城已完全崩塌，鬼杀队的成员正处于城市里的一条街道上。距离日出大约还有一个半小时，为了不让无惨逃脱，无数一拥而上的普通队员身死在无惨的攻击下。炭治郎挣扎着想要上前帮忙，但随即因为之前右眼被无惨注入的毒素发作而失去了意识，停止了呼吸和心跳。在悲鸣屿行冥和不死川实弥赶到拖住无惨时，村田趁机将濒死的炭治郎背离战场。
此时的炭治郎陷入了没有生命迹象的“假死”状态，但他的意识附着在先祖灶门炭吉身上，在百年前先祖的记忆中，见到了日之呼吸的创造者——继国缘壹。从缘壹的话语中，炭治郎得知了他的过去，在理解火之神神乐就是日之呼吸后从缘壹那里得知了十三之型的真相 。现实世界中，愈史郎等人为了救助炭治郎而对他注射了大量的抵抗鬼血毒素的血清，唤醒了炭治郎。
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