Attack on Pearl Harbor thuộc thể loại mô phỏng máy bay chiến đấu dưới góc nhìn thứ ba. Trong phần chiến dịch chơi đơn của người chơi, người chơi sẽ chọn vào vai một trong hai phi công hư cấu: phi công của Không quân Lục quân Hoa Kỳ Douglas Knox hoặc phi công Hải quân Đế quốc Nhật Bản Zenji Yamada.[1] Cả hai phi công đều có hai chiến dịch chơi đơn, bắt đầu trong trận tấn công Trân Châu Cảng và theo thứ tự thời gian gồm các trận chiến quan trọng sau đó, bao gồm Trận Đảo Wake, Trận Midway, và Trận chiến biển San Hô.[2] Trò chơi cũng có các hoạt động trước Trận chiến quần đảo Santa Cruz và Trận Okinawa cho cả hai phi công. Các đoạn phim cắt cảnh của trò chơi được trình bày theo kiểu truyện tranh.[3]

Người chơi được giao quyền điều khiển một số loại máy bay trong lịch sử, bao gồm Douglas SBD Dauntless, Aichi D3A, Vought F4U Corsair và Mitsubishi A6M Zero.[1] Nếu người chơi thất bại trong một nhiệm vụ, các máy bay sẽ bị loại khỏi kho chứa và chiến dịch kết thúc trong thất bại một khi tất cả các máy bay bị lấy đi mất. Máy bay mang theo đạn dược không giới hạn, chỉ bị giới hạn bởi sự quá nhiệt cho súng máy và thời gian nạp đạn cho tên lửa, bom và ngư lôi.[4] Người chơi có thể xem các góc nhìn khác nhau của máy bay, chẳng hạn như chế độ xem cánh và chế độ xem cảnh truy đuổi máy bay địch.[5]

Thành phần chơi đơn cũng có chế độ mang tên Dogfight, trong đó người chơi chọn địa điểm, điều kiện thời tiết, loại máy bay và độ khó. Mục chơi vô tận sinh ra máy bay AI tấn công người chơi. Người chơi có thể chọn từ ba điều kiện chiến thắng khả dĩ: Time Attack, buộc người chơi phải sống sót trong một giới hạn thời gian nhất định; King of the Sky, tiêu diệt một số lượng máy bay nhất định của đối phương; hoặc Fly and Die, chỉ kết thúc khi người chơi bị địch bắn hạ.[3]

Chế độ trực tuyến nhiều người chơi trong Attack on Pearl Harbor cho phép người chơi tranh tài lẫn nhau qua lối chơi hợp tác và cạnh tranh. Thành phần nhiều người chơi có hai mục chơi: Deathmatch, chiếc máy bay cuối cùng giành phần thắng; và Team Deathmatch, đội sống sót cuối cùng chiến thắng.[3][5]