Ambientada en el futuro, en la Ciudad de Heartland, la historia se centra en Yuma Tsukumo, un joven duelista que pretende convertirse en el campeón de Duelo de Monstruos. Un día, durante un duelo con otro joven apodado Shark, un espíritu misterioso llamado Astral le ayuda a ganar. El espíritu le explica a Yuma que está tratando de recuperar su memoria perdida, transformada en 99 monstruos Xyz llamados Numbers (Números). Estos tienen el poder de tomar el control del duelista que los utiliza y pone en evidencia su lado oscuro. Para recuperar los 99 Numbers, Astral y Yuma tienen que formar un equipo y, después de reunirse con el Cazador de Números Kite Tenjo, tienen la capacidad de fusionarse a través del poder de ZEXAL. Después de participar en el World Duel Carnival, Yuma se enfrenta a diversos adversarios, incluyendo a Vetrix y al Dr. Faker.
Antes del Carnaval Mundial del Duelo
03 Al Final, 1ª Parte
04 Al Final, 2ª Parte
05 Tirando Hacia fuera, 1ª Parte
06 Tirando Hacia fuera, 2ª Parte
07 El Gran Sparrow, 1ª Parte
08 El Gran Sparrow, 2ª Parte
09 Frenesí Felino
10 Shark Ataca
11 El Paquete, 1ª Parte
12 El Paquete, 2ª Parte
13 El Cazador de Números, 1ª Parte
14 El Cazador de Números, 2ª Parte
15 Días de Entrenamiento, 1ª Parte
16 Días de Entrenamiento, 2ª Parte
17 Está en las Cartas, 1ª Parte
18 Está en las Cartas, 2ª Parte
19 Al Borde del Mundo
20 Las Raíces del Problema
21 Batalla con un Robot
22 Shark el Cazador
23 La Caza del Cazador, 1ª Parte
24 La Caza del Cazador, 2ª Parte
25 Congelado en el Tiempo
28 Metal Pesado
56 Caos Cósmico
59 Rock & Roll
73 El Dilema de Kite 2ª Parte
Temporada II
La invasión Barian
La Guerra de los Números Legendarios
107 Furia Peluda
La Batalla Final
125 Pelea por un Amigo
126 Adiós a un Amigo
131 Juego de Poder
132 Barian vs Barian
138 El Nuevo Mundo