Prima degli eventi del gioco, il Dottor Eggman costruisce un assistente robotico di nome Gemerl, usando parti dal robot Emerl, che è stato distrutto in Sonic Battle. Eggman tenta un esperimento usando i Smeraldi del Caos per eseguire la tecnica Chaos Control, ma va storto e lacera il mondo. Questa azione separa Sonic e Tails da Amy, Knuckles e Cream, tutti loro rintracciati e catturati da Eggman, con l'intento di creare un frammento del suo imminente impero su ogni pezzo del pianeta. Sonic e Tails percorrono i sette livelli del gioco per riconquistare i loro amici e recuperare i Smeraldi. Il combattimento finale si svolge al tempio Altar Emerald. Se il giocatore sconfigge Eggman lì senza avere tutti e sette i Smeraldi del Caos, Eggman e Gemerl scappano e cadono dal bordo del tempio. La pace torna nel mondo, e Omochao scatta una foto ai cinque eroi. Tuttavia, il gioco avvisa che gli Smeraldi devono ancora essere raccolti per il vero finale. Se il giocatore sconfigge Eggman al tempio con tutti i Smeraldi del Caos, Gemerl smette di fuggire con Eggman e attacca Sonic, facendoli spargere gli Smeraldi. Gemerl li usa per assumere una gigantesca forma a sfera, ma Sonic usa anche il potere di Gemerl per ottenere la sua forma Super Sonic. Con l'aiuto di Eggman, Super Sonic distrugge Gemerl. Più tardi Tails trova il corpo rotto di Gemerl su una spiaggia, lo ripara e lo riprogramma. Il gioco finisce mentre Cream gioca con Gemerl, ora non aggressivo, presso la casa della madre Vanilla.