Call of Duty 2 ist ein Ego-Shooter mit einem Einzelspieler-Storymodus und einem Mehrspielermodus. Der Spieler schlüpft in die Rollen mehrerer alliierter Protagonisten in bestimmten Missionen während des Zweiten Weltkriegs. Der Spieler kann in der Hocke und in der Bauchlage agieren und niedrige Wände und andere Hindernisse erklimmen. Es können zwei Schusswaffen mitgeführt werden, die mit den auf dem Schlachtfeld zurückgelassenen ausgetauscht werden können. Das eiserne Visier einer Waffe kann verwendet werden, um genauer zu zielen. Ein Kompass auf dem Heads-up-Display (HUD) zeigt sowohl Verbündete als auch Feinde an, und Zielmarkierungen zeigen an, welche Orte der Spieler erreichen muss, welche Bereiche zu verteidigen sind oder an welchen feindlichen Kanonen oder Panzern der Spieler Sprengstoff anbringen muss, um sie auszuschalten.

An einigen Stellen stehen auch Waffen wie Maschinengewehre und Flakgeschütze zur Verfügung, um feindliche Truppen auszuschalten. In einigen Missionen übernimmt der Spieler außerdem die Kontrolle über einen Panzer.