Call of Duty 2 è uno sparatutto in prima persona con una modalità storia per giocatore singolo e una modalità multigiocatore. Il giocatore assume il ruolo di diversi protagonisti alleati in missioni specifiche durante la Seconda Guerra Mondiale. Il giocatore può accovacciarsi e sdraiarsi prono ed è in grado di scalare muri bassi e altri ostacoli. Si possono portare due armi da fuoco, che possono essere scambiate con quelle lasciate sul campo di battaglia, e si possono portare anche granate a frammentazione e fumogene. Il mirino di ferro di un'arma può essere usato per mirare con maggiore precisione. Una bussola sul display heads-up (HUD) mostra sia gli alleati che i nemici, e i marcatori degli obiettivi indicano le posizioni che il giocatore deve raggiungere, le aree da difendere o i cannoni o i carri armati nemici su cui il giocatore deve piazzare degli esplosivi per disattivarli.

In alcuni luoghi sono disponibili armi posizionate come mitragliatrici e cannoni contraerei per eliminare le truppe nemiche. Inoltre, alcune missioni mettono il giocatore al comando di un carro armato.