Call of Duty 2 is een first-person shooter met een verhaalmodus voor één speler en een multiplayermodus. De speler kruipt in de huid van verschillende geallieerde hoofdrolspelers in specifieke missies tijdens de Tweede Wereldoorlog. De speler kan hurken en op zijn buik liggen en kan over lage muurtjes en andere obstakels klimmen. Je kunt twee vuurwapens dragen, die je kunt verwisselen met de vuurwapens die je op het slagveld achterlaat, en je kunt ook fragmentatie- en rookgranaten dragen. Het ijzeren vizier van een wapen kan worden gebruikt om nauwkeuriger te richten. Een kompas op het heads-up display (HUD) toont zowel bondgenoten als vijanden en objectmarkeringen om locaties aan te geven die de speler moet bereiken, gebieden die verdedigd moeten worden of vijandelijke kanonnen of tanks waar de speler explosieven op moet plaatsen om ze uit te schakelen.

Op sommige locaties zijn wapens zoals machinegeweren en flakkanonnen beschikbaar om vijandelijke troepen uit te schakelen. Daarnaast heeft de speler in sommige missies de controle over een tank.