Oliver et Felicity ont quitté Starling City (rebaptisée Star City) et se sont installés à Ivy Town, dans l'espoir de commencer une nouvelle vie2. Thea, Diggle et Laurel, qui continuaient à défendre la ville comme ils le pouvaient, se retrouvent dépassés face à une nouvelle menace qui sévit à Star City : les Fantômes, des criminels nombreux et insaisissables sous les ordres de Damien Darhk, un homme mystérieux qui a de grands projets pour la ville. Le jeune couple doit reprendre son ancienne vie pour leur venir en aide.
Six mois ont passé depuis qu'Oliver et Felicity ont quitté Starling City pour vivre à Ivy Town loin de leur vie de justicier. Renommée Star City, la ville est sous la protection de Laurel, Diggle et Thea, mais un nouveau commando armé leur pose de gros problèmes. Ses membres sont appelés les Fantômes, car ils sont littéralement insaisissables. De plus, après que les candidats successifs à la mairie ont été assassinés, la gestion de la ville est désormais administrée par un conseil réduit : Quentin Lance, la procureure générale, le chef des urgences de l’hôpital et le directeur de la banque, mais les quatre sont menacés par Damian Darhk, l'homme à la tête des Fantômes.
Une vieille amie de Moira Queen, Jessica Danforth, se décide à postuler pour la mairie de Star City. À peine l'annonce-t-elle publiquement qu'elle est prise d'assaut, vraisemblablement par les hommes du HIVE. En réalité, il s'agit de Lonnie Machin, un criminel fou décidé à travailler avec Damian Darkh, mais celui-ci n'aime guère les méthodes ultra-violentes du jeune homme. Green Arrow et Speedy décident de s'occuper personnellement de la sécurité de la candidate, cependant Oliver voit Thea perdre facilement le contrôle d'elle-même en combat et craint qu'il s'agisse des effets secondaires de son passage dans le puits de Lazare. Alors qu'ils interviennent pour libérer la fille de Jessica enlevée par Machin, Oliver ne peut empêcher Thea de tuer Machin en le brûlant vif.
Avec Thea et Laurel parties pour Nanda Parbat, Oliver et Diggle sont les seuls sur le terrain. Cependant, leurs problèmes de confiance les amènent à prendre des risques seuls : Diggle suit une piste sur Mina Fayad, qui a employé Deadshot pour tuer son frère et Oliver se retrouve seul face à Double Down, un méta-humain capable de créer des cartes mortelles à partir de ses tatouages ; chacun finit blessé. Les deux hommes acceptent finalement de coopérer et arrêtent Double Down, mais Fayad est tuée par Damian Darhk. Felicity découvre que Curtis pourrait être un allié dans leur combat, mais aussi un étrange message crypté sur son téléphone. À Nanda Parbat, Malcolm se montre inflexible quant à l'idée d'utiliser le puits de Lazare pour ressusciter Sara, toute personne y étant immergée ressortant profondément changée.
Deux policiers sont retrouvés morts suite à un appel. Dépassé par les affaires et manquant de budget, Lance demande à Oliver d'utiliser les moyens d'Arrow pour démasquer le tueur. Les indices mènent vers Liza Warner, membre de l'unité spéciale anti-justiciers, réinstallée par Lance pendant l’absence d'Oliver. Avec quelques policiers, elle s'empare de la drogue en circulation dans la ville pour les revendre au prix fort et ruiner les cartels. Oliver compte annoncer sa candidature pour la mairie et espère avoir le soutien de Lance, malgré leur haine mutuelle. Cependant, Oliver surprend plus tard une rencontre entre Lance et Darhk à propos de Sara - Laurel a choisi de ne pas cacher à son père le retour de sa fille. Profondément déçu, Oliver s'interroge sur l'avenir, si Lance doit travailler avec Darhk, même sous la contrainte.
Sara s'est échappée et a tué plusieurs fois. Quand Oliver découvre que Sara est en vie, il confronte Thea et Laurel sur leur voyage secret à Nanda Parbat, furieux que la résurrection de Sara lui ait été caché. Laurel lui répond qu'il ne s'est pas gêné pour garder plusieurs secrets, dont le puits de Lazare et Thea lui révèle que son voyage à Nanda Parbat n'a pas calmé sa soif de sang car elle est tournée vers Ra's al Ghul, déjà mort. Avec Felicity, Oliver fait le lien et comprend que Sara cherche à tuer Thea. L'équipe Arrow tend un piège à Sara et voit que si le corps est en vie, l'âme n'est pas revenue. Oliver décide donc de faire appel à une vieille connaissance : John Constantine, qui pourra par la magie libérer l'âme de Sara. Le rituel est éprouvant mais fonctionne.
Felicity et Curtis ont réussi à décrypter le message de Ray : il n'est pas mort lors de l'explosion de Palmer Tech, mais miniaturisé et soufflé hors du bâtiment où il a été retrouvé et capturé par Damian Darhk, qui est intéressé par sa technologie. Le retour possible de Ray crée des tensions entre Felicity et Oliver, et ce dernier pense qu'il serait bon d'appeler Donna. Felicity cache en fait les doutes qu'elle a sur sa relation avec Oliver, si elle a fait le bon choix en quittant Ray pour lui et son sentiment de culpabilité en quittant la ville, laissant Ray à son sort. Dans sa captivité, Ray a conçu le moyen de lui faire reprendre sa taille normale mais l'équipement nécessaire se trouve chez Kord Enterprises, le rival de Palmer Tech. L'équipe Arrow organise donc le cambriolage, mais Sara, encore instable, se retrouve sous le coup de la rage de sang.
L'équipe Arrow continue d'affronter les forces de Damian Darhk. Le retour de Ray permet de trouver de nouvelles informations sur le produit qui détruit l'ADN des Ghosts. Lors d'une descente sur leurs entrepôts, Diggle découvre que son frère Andy, qu'il croyait mort depuis 8 ans, fait partie des Ghosts. Bouleversé par cette révélation et ce qu'il a appris sur sa vie auparavant, Diggle en vient à se demander s'il vaut la peine d'être sauvé. Oliver refuse d'abandonner le frère de son ami. En parallèle, Oliver est approché lors d'une soirée de gala pour sa campagne par Darhk, qui lui propose un partenariat si le candidat à la mairie abandonne son projet de restaurer la baie de Star City. Felicity et Diggle trouvent l'idée de cette collaboration encore plus folle que d'infiltrer la Ligue des Assassins. Malcolm revient en ville pour Thea, conscient que la soif de sang doit être revenue. Thea gère difficilement, pouvant s'emporter pour peu.
L’immortel Vandal Savage recherche Kendra Saunders et Carter Hall, deux humains maudits depuis 4000 ans, actuellement cachés par Oliver, Barry, et leurs équipes respectives dans une maison proche de Central City. Malcolm arrange une rencontre entre Savage, Barry et Oliver. Savage exige de se voir livrer les deux amants ou il détruira Central City et Star City après avoir décimé leurs habitants. Oliver et Barry conçoivent un plan pour fournir le duo comme une ruse pour se rapprocher du Sceptre d'Horus, l'arme de Savage qui lui a donné son pouvoir. Mais Oliver est perturbé par sa rencontre avec Samantha, une ancienne liaison qu'il a vu avec un enfant qu'il pense être le sien. Le plan échoue ; Kendra, Carter et Oliver sont tués et Savage utilise le bâton pour détruire tout le monde dans la ville y compris la Team Arrow. Seul Barry parvient à s'échapper et va assez vite pour remonter dans le temps au point de la négociation originale avec Savage.
L'opération de nettoyage de la baie de Star City commence alors que la ville prépare les fêtes de fin d'année, mais les volontaires sont attaqués par un drone. Devant le nombre de blessés et la mise en danger d'enfants, Oliver décide de révéler au grand public les machinations de Damian Darhk et de HIVE. Diggle essaie de faire avouer le but de Darhk à son frère, en vain. Darhk se venge en attaquant en public une réception d'Oliver comme candidat à la mairie et enlève Diggle, Thea et Felicity, alors qu'elle venait de découvrir qu'Oliver comptait faire sa demande en mariage. Oliver traque les Ghosts mais ne parvient pas à localiser le repère de Darhk. C'est Malcolm qui trouve la clé, en prenant un des téléphones cryptés des Ghosts pour contacter Darhk et qu'Oliver échanger sa vie contre celle de ses amis. Darhk accepte l'échange et en profite pour montrer ce qu'il cachait dans la baie : la culture d'une algue à partir de laquelle il a créé un gaz toxique.
Avec Felicity à l'hôpital, Oliver traque les Ghosts pour trouver la moindre information sur les planques de Darhk. Il doit demander à Lance de lui donner son repère principal, ce qui pourrait briser la couverture du policier. Mais quand Oliver s'y rend, il découvre qu'il a été précédé par Lonnie Machin, devenu totalement fou suite à ses brûlures. La Team Arrow le capture et commence à l'interroger mais Machin prend l’ascendant sur Thea, dont il voit la soif de tuer revenir alors qu'elle avait disparu depuis son affrontement avec Darhk. Laurel finit par rendre Machin à la police avant qu'Oliver ne le tue, or celui-ci décide de le libérer et de le suivre afin de trouver le repère de Darhk. Le plan tourne mal et seules restent les maigres informations que Diggle a tirées de son frère. Oliver apprend la nouvelle : Felicity est en vie mais a perdue l'usage de ses jambes.
John et Lyla profitent d'une soirée en amoureux quand un ancien contact d'ARGUS les trouve et leur demande de prévenir Waller avant d'être enlevé par des militaires. Son corps est retrouvé plus tard, torturé, et Waller ne peut rien révéler officiellement. Elle confie une clé à Lyla sur l'unité Shadowspire, que les frères Diggle connaissent. Oliver essaie de ramener Felicity dans l'unité, malgré sa nouvelle condition, mais elle est encore fragile, souffrant d'hallucinations de son passé de hackeuse rebelle gothique. La première attaque d'un entrepôt se passe mal, Diggle manquant de se faire capturer par Shadowspire et son commandant, le lieutenant Joyner. Andy est prêt à collaborer avec ARGUS et se laisse donc amener auprès de Waller pour leur expliquer que la stratégie de Shadowspire repose sur de multiples diversions.
L'équipe Arrow poursuit un cambrioleur quand au cours de l'opération, Thea perd connaissance : la soif de sang commence à puiser dans sa propre force vitale. Oliver envisage d'aller trouver Damian Darhk, d'autant que sa femme a décidé de se lancer dans la course à la mairie. Malcolm Merlyn reste pour veiller sur Thea pendant que Green Arrow retrouve le cambrioleur. C'est Roy, contraint par un mystérieux pirate informatique, the Calculator, qui veut utiliser les réseaux de la ville pour la détruire. Felicity est la seule à pouvoir battre le pirate sur son terrain, mais elle est préoccupée par son image au sein de Palmer Tech, ne parvenant pas à trouver sa place maintenant qu'elle est en fauteuil. Il lui faudra le soutien de Curtis et Oliver pour défendre sa place. Le pirate est également mis en échec, mais tous ignorent que derrière le clavier se cache Noah Kuttler, le père de Felicity.
Oliver est furieux d'entendre la proposition de Nyssa mais il sait ce qu'elle attend : il est le seul qui a pu vaincre Malcolm Merlyn en duel et elle espère qu'il le tuera pour récupérer le titre de Ra's al Ghul. Il sait également que Malcolm ne se laissera pas faire mais espère négocier une fois qu'il aura dissipé ses doutes en obtenant la preuve de l’existence de l'élixir. Alors qu'il croit que Malcolm va accepter de céder l'anneau de Ra's al Ghul, il refuse au dernier moment et commence alors une guerre civile entre les Assassins loyaux à Nyssa et ceux loyaux à Malcolm dans les rues de Star City. Pendant ce temps, Felicity découvre que son père est le Calculator mais il affirme venir avec de bonnes intentions, ce dont sa mère doute fortement. Oliver essaie de comprendre pourquoi Malcolm a préféré laisser mourir sa fille plutôt que de céder sa place et celui-ci répond qu'il connait l’importance de la tâche de la Ligue et que Nyssa n'en est pas digne.
Pour les alliés de Darhk, la situation est préoccupante mais la situation est sous contrôle à ses yeux grâce à sa femme Ruvé. En effet, le débat entre les deux candidats à la mairie approche et Oliver comme Ruvé sont confiants. Thea commence à fouiller le passé douteux de la famille pour éviter les questions gênantes et découvre l'existence de William. Un soir, Quentin Lance est demandé sur une affaire sans grande importance et manque de tomber dans un piège, tué par l'effondrement de l'immeuble qu'il inspectait. Les responsables sont des membres de H.I.V.E. experts en démolition qui préparent un grand coup. Pour protéger Donna, Quentin choisit de l'éloigner et elle préfère rompre. En traçant la Demolition Team, la team Arrow découvre le plan de Darhk : détruire la salle de débat et laisser Ruvé Adams seule survivante de l'effondrement et donc unique prétendante à la mairie.
Alors qu'Oliver et Felicity rentrent chez eux, Darhk nargue le super héros en lui dévoilant que son fils a été enlevé et qu'il le détient prisonnier. Felicity apprend de manière violente la filiation d'Oliver et le prend mal. Malgré cette vérité dévoilée, elle accepte de l'aider à retrouver William en compagnie de la Team Arrow. Mais Darhk est trop puissant grâce à sa magie. Oliver va à Détroit demander l'aide de Vixen, une super héroine dont les capacités physiques sont décuplées grâce à un collier magique. Une première confrontation entre Darhk et Vixen tourne à l'avantage du criminel qui parvient à s'enfuir. Oliver annonce publiquement qu'il se retire de la candidature à la mairie en échange de la vie de William. Pour arrêter l'influence du super vilain sur Star City, la seule solution serait de trouver la source du pouvoir du criminel. Le capitaine Lance révèle que Darhk a une idole ancienne dont il puise ses pouvoirs surnaturels.
Oliver et Felicity ont rompu leurs fiançailles mais ils décident de continuer à collaborer pour Green Arrow. Thea, Laurel et John se demandent comment réagir quand une vieille ennemie réapparait : Cupidon, libérée de la Task Force X, commence à tuer des couples de célébrités, encore sous le coup de la mort de Floyd Lawton. Après avoir réussi à sauver un autre couple, Oliver décide de l'attirer dans un piège en organisant son mariage secret avec Felicity. Laurel est retenue, occupée par le procès contre Damian Darhk qui est parvenu à effacer une grande partie des traces de ses activités avec HIVE, jusqu'à son identité. Le capitaine Lance en est réduit à dénoncer tout ce qu'il a fait pour Darhk, quitte à perdre son poste, pour que le procès se tienne et que Darhk aille en prison. Après avoir stoppé Cupidon, Felicity comprend que rester aurpès des justiciers ne fera qu'empirer les choses et décide de partir.
Brie Larvan s'échappe de prison et se présente à Palmer Tech menaçant de tuer tout le monde, sauf si elle obtient la bio-puce qui est implantée dans la colonne vertébrale de Felicity. Quand Oliver se rend compte que Felicity, Thea et Donna sont piégées dans la tour de Palmer Tech avec les membres du conseil, il trouve un allié surprenant pour aider la team Arrow à sauver la situation : Curtis Holt. Ce dernier va s'avérer être un remplaçant compétent de Felicity mais trop enthousiaste au goût d'Oliver, qui gère encore mal sa rupture. Pendant ce temps, HIVE se retourne contre Damian Darhk et tente de le faire tuer en prison. Merlyn va alors faire jouer sa carte secrète : Andy Diggle.
Oliver et Diggle se préparent à la prochaine étape : maintenant que HIVE a tourné le dos à Darhk, c'est Merlyn qui va l'aider en lui rendant son idole. Ils s'attendent donc à une attaque de Merlyn, qui a bien lieu, mais un obstacle apparait pour Darhk : il manque un morceau de l'idole et seul John sait où il se trouve. Oliver soupçonne qu'Andy va chercher à le récupérer pour Darhk mais John croit à la rédemption de son frère. Laurel reçoit une proposition de Ruvé Adams, devenir la nouvelle procureure de Star City ; si le poste l'intéresse, elle sait qu'elle devra abandonner le costume de Black Canary. Darhk fomente une émeute au sein de Iron Heights pour y attirer les justiciers. Andy lui remet le morceau manquant de l’idole, permettant ainsi au sorcier de recouvrer ses pouvoirs.
La mort de Laurel ébranle profondément l'équipe de justiciers. Si Oliver et Felicity essaient de faire leur deuil en paix, Diggle, furieux de la nouvelle trahison de son frère, pense à se venger en visant Ruvé Adams, et Lance plonge dans un déni profond, jusqu'à même demander à Nyssa de ramener Laurel avec le Puit de Lazare, d'autant qu'une femme semble avoir repris le costume de Black Canary. La nouvelle justicière est Evelyn Sharp, une adolescente ayant perdu sa famille sacrifiée par Darhk, mais elle se montre trop violente pour Oliver. Ruvé profite de l’agression de Spartan et des attaques de la nouvelle Black Canary pour lancer une grande opération contre Green Arrow et ses alliés, en mémoire de Laurel.
Oliver veut se préparer à contrer la magie et laisse ses coéquipiers prendre du repos. Avec Felicity, il se rend à Hub City pour rencontrer une vieille connaissance de John Constantine : Esrin Fortuna, shamane immortelle maîtrisant les magies blanche et noire. Thea part avec son compagnon mais elle ressent vite que quelque chose ne va pas dans ce qui ressemble à une banlieue calme. Diggle reste à Star City et se lance à la poursuite de son frère, toujours allié à HIVE.
Les forces de Darhk ont mis la main sur Rubicon, un logiciel capable de prendre le contrôle des tirs de missiles de n'importe où. Le seul capable de pirater le logiciel et empêcher la frappe imminente serait Noah Kuttler. Dans le souterrain refuge de l'opération Genesis, Thea fait face à son père mais aussi à Lonnie Machin, qui a infiltré la base et s'apprête à la détruire.
Les morts causées par l'explosion de la bombe sur Havenrock ont rendu Darhk plus puissant que jamais. Felicity, Noah et Curtis doivent donc agir au plus vite pour arrêter Rubicon. De leur côté, Oliver et Diggle infiltrent le refuge souterrain que HIVE a construit pour survivre à l'apocalypse nucléaire. Ils profitent de l’agitation créée par Lonnie Machin pour tenter de faire sortir Thea, mais Malcolm Merlyn a pris les devants et drogué sa fille pour les retarder.
Darhk attaque l’appartement de Felicity pour récupérer les codes bloquant Rubicon, mais Thea parvient à le faire fuir en menaçant sa fille. Cooper est contraint de débloquer les lancements des missiles et Darhk attend la fin du monde qui se prépare. Star City sombre dans la panique mais Oliver sait que pour contrer les pouvoirs de Darhk, il doit avoir la confiance et l'espoir de tous, et parvient à galvaniser les gens présents dans les rues pour qu'ils cessent de se battre les uns contre les autres et qu'ils combattent ensemble les Ghosts.
