Modern Warfare II mang tới rất nhiều cải tiến và thay đổi tới gameplay, như là hệ thống AI mới cho chế độ chiến dịch và co-op, hệ thống vật lý của nước, và tính năng bơi, đồng thời cả cải tiến hệ thống phương tiện. Những tính năng mới tới gameplay và cách di chuyển gồm dolphin dive, hệ thống leo trèo lên tường cùng với sự loại bỏ tính năng hủy trượt (slide cancel). Hệ thống phương tiện mới cho phép người chơi nghiêng ra cửa sổ của phương tiện đó, leo lên đầu của phương tiện, và có thể chiếm phương tiện của địch.[4][5][6][7][8]

Hệ thống level và tính năng "Gunsmith" đã được tùy chỉnh lại, cho phép người chơi chọn phụ kiện phù hợp với lối chơi của họ. Trò chơi cũng cung cấp các bảng tiến trình vũ khí được phân nhánh để giảm tình trạng cày lại phụ kiện đã mở khóa từ những vũ khí khác, đồng thời có cả phòng trường bắn để cho người chơi luyện tập.[9][10][11][12]

Chế độ nhiều người chơi (multiplayer) của Modern Warfare II mang tới vài chế độ chơi mới như: Knockout, ở chế độ này cả 2 đội phải chiếm lại vật phẩm nhưng với giới hạn số lượt hồi sinh; và chế độ Giải Cứu Tù Nhân (Prisoner Rescue), đội tấn công sẽ phải cố gắng giải cứu con tin trong khi đội phòng thủ phải ngăn chặn họ bằng cách xây dựng phòng thủ xung quanh con tin.[13] Chế độ góc nhìn thứ ba cũng đã được xác nhận vào tháng 9.[14]

Chế độ phối hợp Special Ops (Chiến Dịch Đặc Biệt) cũng đã được xác nhận rằng sẽ quay trở lại, bao gồm những nhiệm vụ chỉ giới hạn hai người chơi, với chế độ 3 người chơi được gọi là "Raids" sẽ được cập nhật sau này.[15][16]