Call of Duty 2 é um jogo de tiros na primeira pessoa que tem um modo de história para um jogador e um modo multijogador. O jogador assume o papel de vários protagonistas aliados em missões específicas durante a Segunda Guerra Mundial. O jogador pode agachar-se e deitar-se de bruços, e é capaz de escalar paredes baixas e outros obstáculos. É possível transportar duas armas de fogo, que podem ser trocadas por outras deixadas no campo de batalha, e granadas de fragmentação e de fumo. A mira de ferro de uma arma pode ser usada para apontar com mais precisão. Uma bússola no visor mostra os aliados e os inimigos, bem como marcadores de objectivos para indicar locais que o jogador deve alcançar, áreas a defender ou canhões ou tanques inimigos nos quais o jogador deve colocar explosivos para os desativar.

Em alguns locais, estão disponíveis armas como metralhadoras e canhões antiaéreos para abater as tropas inimigas. Além disso, algumas missões colocam o jogador no controlo de um tanque.