但因为玄弥向其说出自己在战斗中吃鬼的事实，得知了这件事的实弥随即便意图把玄弥打残，好把他逐出鬼杀队前线。幸好炭治郎及时赶来，玄弥才躲过了实弥的攻击，并被善逸救走。之后，玄弥不得已提前中断了在实弥住处的修行，并回到师傅行冥的住处修行。当炭治郎在修行途中遇到瓶颈时，玄弥找到了他，并教给了他“反复动作”这一提升集中力的训练方式。同时，玄弥还发觉炭治郎额头的斑纹颜色变得更深了。
在炭治郎完成修行时，玄弥在炭治郎和伊之助一起吃饭时向炭治郎讲述了自己的过去，同时因为说出自己不会呼吸而被伊之助笑话。接着，愤怒的玄弥就和伊之助扭打了起来。之后，炭治郎在即将离开时向玄弥表明，自己仅从实弥的话语中感觉到了实弥对于其吃鬼的愤怒，但却并没有一丝恨意或恶意掺杂其中，因而让玄弥安心地向实弥传达自己的想法。
无限城篇被打入无限城后，在发现霞柱·时透无一郎被上弦之壹·黑死牟用刀钉在了墙上，并险些被强行鬼化时，玄弥为了救他而用火枪向黑死牟射击，但黑死牟不但轻易避开了自己的弹丸，还将自己瞬间腰斩。
随后，玄弥因为即使受了腰斩也还没有死，因而被黑死牟认出自己就是其在300年前见过的那种“噬鬼者”，并差点被其斩首。绝不让恶鬼靠近你在玄弥险些被黑死牟斩杀之际，实弥及时赶到将玄弥救下。同时，实弥终于向玄弥表明，自己之所以对他冷漠无情的原因，就是不愿意让他陷入危险。
随即，玄弥得知哥哥一直都只是在变相得关心着自己，因而怀着对哥哥的愧疚感不断地道歉。接着，实弥为了解救弟弟而与黑死牟展开交战。在实弥因稀血失效而陷入险境之际，行冥及时赶到救下了实弥，随后二人一同与黑死牟展开交战。
在无一郎挣脱刀刃束缚后，玄弥请求对方把自己的身体拼接起来，并将黑死牟在与行冥战斗时被绞断的头发捡来。
随后，玄弥为了能加速再生而吃下黑死牟的头发，但却无意中在进一步鬼化后，听到了鬼舞辻无惨通过细胞对黑死牟下达的命令。
尽管玄弥一开始因为怀疑自己的身体状况而感到害怕，但是，因为不想大哥、师傅和无一郎就这样牺牲，在回想起炭治郎说明自己是如何打败妓夫太郎的方法后，认为实力过弱的自己不会引起黑死牟注意的玄弥，便毅然吃下了黑死牟被行冥打断的鬼刃，并完成了进一步的鬼化。为灭鬼，化身鬼随后，在无一郎通过近乎自我牺牲的方式刺穿了黑死牟、为自己创造了机会时，玄弥用鬼化后的火枪射击了黑死牟。
尽管弹丸被黑死牟用鬼刃挡下，但玄弥还是利用弹丸发出了自己之前吃掉过的半天狗的血鬼术，长出了树木束缚住了黑死牟。同时，玄弥和行冥也抓住时机一同冲向了黑死牟，但暴怒的黑死牟随即便发动了血鬼术，从身体直接长出了无数鬼刃，并发出了许多刃风，腰斩了无一郎并将玄弥劈成了两段。但濒死的无一郎在危急关头觉醒了“”赫刀”，灼伤了黑死牟的内脏并使其无法再生。
与此同时，奄奄一息的玄弥也凭借着自身意志再度发动了血鬼术，通过树木大量吸收了黑死牟的血液，使其无法发动血鬼术。接着，行冥抓住时机，在实弥的配合成功将黑死牟斩首。然而，黑死牟还是因为自身的执念而突破了限界，完成了头部的再生，还在心底嘲讽了玄弥和无一郎的挣扎，随即再度与悲愤的实弥和行冥开战。
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之后，黑死牟在察觉到玄弥和无一郎已经快挺不住时，拔出了插在自己体内的无一郎的日轮刀，却从实弥刀刃的反光中看到了自己再生之后那怪物般的样貌，因而愣在了原地，并开始怀疑，自己到底是不是为了成为这般可悲的生物才苟活了数百年。最后，黑死牟终于回想起了自己想要变强的初心，由此丧失了战斗意志。
最终，黑死牟由于被无一郎的日轮刀限制了再生，身体开始逐渐崩坏，最终被实弥和行冥联手彻底摧毁，灰飞烟灭了。兄弟诀别黑死牟虽然被消灭了，但此时的玄弥，由于自己体内黑死牟的血液正在逐渐蒸发流失，自身血鬼术的效力也在不断地消退着。
意识已经逐渐模糊了的玄弥，在看到哥哥只是陷入昏迷而平安无事时，欣慰地露出了笑容。但是，在同样身受重伤的无一郎逝去之后，玄弥的身体也逐渐支撑不下去了……此时，惊醒的实弥突然惊恐地发现，弟弟被劈成两半的身体不但没有复原，反倒是像照到了阳光的鬼一般逐渐分解了。
是的，由于黑死牟已经死亡，先前获得了黑死牟能力的玄弥便也随之丧失了回复能力。兄弟诀别此时，虽然悲愤的实弥呼喊着一定会找到办法拯救弟弟，然而玄弥的身体依然没有停止崩坏。在临终之际，玄弥断断续续地对哥哥进行了自己多年来一直没能够说出口的道歉，并对一直以来默默承受着一切来守护自己的哥哥表示了感谢。
在实弥不断的“不要死啊”的呼唤下，玄弥用最后的力气，艰难地道出了自己临死之前最后的愿望：“就像…哥哥…保护我…一样，我也…想要…保护哥哥。这份心情…是一样的，毕竟…我们…是兄弟嘛。我希望，经受了无数苦难的哥哥…能够过的幸福，因为哥哥…是这个世界上…最温柔的人了……”话音落下，在实弥撕心裂肺地哭喊声中，不久前才与哥哥解开误会的玄弥，带着遗憾随风消逝了。
随后，玄弥的灵魂前往了彼岸。虽然他不能再陪伴哥哥了，但是幸好在那里并不会寂寞，还有家人陪伴着自己。从此以后，玄弥和家人一起，一同在彼岸守护着哥哥。结局篇时间转移到现代东京，玄弥已经转世为哥哥的后代不死川实弘的后辈，在出警巡逻的时候遇到了正在以跑酷的方式走向学校的灶门炭彦。之后和炭彦的父母一起训斥了炭彦四个小时。