Từ ngày 19 tháng 2 năm 2014, Ban tổ chức đã chính thức thông báo thể lệ tuyển chọn thí sinh. Độ tuổi tham dự chương trình là từ 9 đến 15 tuổi. Đầu tiên, thí sinh cần vượt qua vòng sơ tuyển trực tuyến (Online Audition) bằng cách điền đơn đăng ký trực tuyến và gửi kèm file demo giọng hát không qua xử lý; hoặc gửi đơn giấy kèm đĩa thu âm về địa chỉ công ty sản xuất. Nếu hát tốt thí sinh sẽ được vào thẳng vòng sơ tuyển trực tiếp 2. Tại các vòng sơ tuyển trực tiếp, thí sinh phải hát trực tiếp trước ban giám khảo và ban tổ chức. Nếu không qua hoặc không tham dự online audition, thí sinh có thể tham gia vòng sơ tuyển trực tiếp 1 tại ba thành phố lớn Hà Nội, Đà Nẵng và TP. Hồ Chí Minh. Ở vòng 1, thí sinh phải hát chay không có nhạc. Nếu vượt qua, thí sinh tham dự vòng sơ tuyển trực tiếp 2 là hát với nhạc beat hoặc nhạc cụ.[1] Vòng sơ tuyển trực tiếp diễn ra tại Hà Nội từ ngày 18 đến 20 tháng 4 năm 2014; và tại Thành phố Hồ Chí Minh vào các ngày 24, 25 và 27 tháng 4.[2]

Vào buổi họp báo của chương trình vào ngày 3 tháng 4 năm 2014, có ba huấn luyện viên của mùa thứ hai được công bố gồm: Cẩm Ly, nữ ca sĩ thuộc dòng nhạc nhẹ, nhạc trữ tình, nhạc âm hưởng dân ca, cùng hai vợ chồng Hồ Hoài Anh và Lưu Hương Giang đã xuất hiện từ mùa trước.[3][4][5] Vị huấn luyện viên thứ tư chưa được tiết lộ bởi ban tổ chức đang "cân nhắc rất kỹ" để lựa chọn một huấn luyện viên nam thay thế Thanh Bùi, và giải thích rằng việc chọn nhân vật phù hợp không phải là điều dễ dàng.[6] Tại buổi họp báo này, ban tổ chức phủ nhận thông tin liên quan đến việc mời Lam Trường làm huấn luyện viên; tuy nhiên nam ca sĩ cho biết anh đã nhận được lời mời của Ban tổ chức và đang trong quá trình thương thảo; rằng nếu sắp xếp được thời gian anh sẽ nhận lời.[7] Đến ngày 20 tháng 5, Lam Trường được ban tổ chức chính thức xác nhận là huấn luyện viên cuối cùng của mùa thứ hai.[8] Anh chia sẻ rằng bản thân anh rất vui khi được đảm nhận vai trò mới và nói: "Tôi hy vọng khán giả sẽ đón nhận và ủng hộ cho tôi ở vị trí này. Tôi sẽ cố gắng để tìm về cho đội mình những cá tính âm nhạc ấn tượng nhất."[9] Cẩm Ly bày tỏ sự hồi hộp khi lần đầu tiên tham gia một chương trình truyền hình thực tế bởi không chịu được áp lực từ khán giả và nhiều phía. Tuy nhiên, cô cho rằng, đây là cuộc thi dành cho trẻ em nên sẽ ít "gạch đá" và bản thân nhận được sự thuyết phục, ủng hộ của chồng cùng ban tổ chức. Hơn nữa, cô rất thích sự hồn nhiên của các bé dự thi trong mùa trước và hiện đang có hai con đồng trang lứa với các thí sinh dự thi nên sẽ dễ gần gũi hơn.[10][11] Mặc dù tài ăn nói có phần kém cạnh với Hồ Hoài Anh và Lưu Hương Giang nhưng cô khẳng định mình sẽ "cố gắng hết sức để hoàn thành nhiệm vụ nâng đỡ các tài năng nhí" bởi là ca sĩ chuyên hát dân ca nhưng khởi nghiệp với nhạc trẻ, cô có nền tảng để đào tạo theo nhiều dòng nhạc khác nhau.[12] Vợ chồng Hồ Hoài Anh và Lưu Hương Giang cho biết, sau mùa giải thứ nhất họ nhận được nhiều cuộc điện thoại của các phụ huynh gọi đến nhờ anh dạy kèm riêng về âm nhạc, nhưng do công việc bận rộn nên anh đã từ chối.[12]

Đồng thời, Jennifer Phạm cũng thay thế vai trò người dẫn chương trình của Trấn Thành ở mùa thi trước.[13] Nhạc sĩ Lưu Thiên Hương thay thế nhạc sĩ Phương Uyên trong vai trò giám đốc âm nhạc của mùa thứ hai.[14] Cô chia sẻ công việc của mình là đào tạo và rèn luyện cho các em về mặt chuyên môn cũng như kỹ năng biểu diễn, tìm ra những định hướng âm nhạc tốt nhất và phù hợp nhất với từng thí sinh, bởi các em có sẵn tố chất giọng hát nhưng hầu hết chưa được học hành bài bản về kỹ thuật và cách xử lý bài hát.[14] Cô cũng khẳng định sẽ không bao giờ để xảy ra tình trạng thiên vị với đội của em gái mình là Lưu Hương Giang.[14]

Nhiều tin đồn, scandal trước đây cũng được ban tổ chức đề cập tới và giải đáp. Do ở mùa thứ nhất có nhiều tranh cãi về chế độ ăn uống, nghỉ ngơi, đi lại của các thí sinh, ở mùa giải này diễn viên múa Linh Nga tham gia với vai trò nhà bảo trợ dinh dưỡng cho cuộc thi.[12] Ban tổ chức cũng cam kết sẽ tăng cường việc chăm sóc thí sinh từ dinh dưỡng, hỗ trợ các bữa ăn trưa đàng hoàng và hiện đại cho các bé, thêm vào đó là những bữa buffet nhẹ trong mỗi đêm liveshow. Bên cạnh đó, chương trình sẽ thuê bác sĩ tâm lý để tư vấn và giải tỏa các ưu tư của thí sinh. Với tư cách giám sát sản xuất, Hồ Hoài Anh cam kết đảm bảo các thí sinh không bị quá tải, kiệt sức vì hoạt động ngoài lề.[12] Ngoài ra, việc chương trình kéo dài đến 4/10 khiến nhiều người lo lắng vì ảnh hưởng quá nhiều đến việc học hành của các bé. Tuy nhiên, ban tổ chức giải thích rằng vì lịch mua sóng đã lên từ trước và phải điều tiết với nhiều chương trình truyền hình thực tế khác.[12] Tại buổi họp báo, Hồ Hoài Anh đưa ra giải pháp: "Chúng tôi sẽ cho các thí sinh bay đi bay về để không ảnh hưởng nhiều đến chuyện học hành. Tất nhiên sẽ mất thời gian và sức khỏe nhưng chúng tôi sẽ giảm thiểu sự ảnh hưởng đến các con."[12] Ban tổ chức cũng khẳng định sẽ sắp xếp hợp lý, hỗ trợ tiền vé máy bay đi về cho các bé và phụ huynh để phù hợp với lịch học trong thời gian đầu năm học mới - từ cuối tháng 8 trở đi. Cùng với đó, rút kinh nghiệm từ mùa thứ nhất, mùa này ban tổ chức sẽ họp riêng với phụ huynh của các thí sinh để tránh tình trạng bố mẹ can thiệp quá nhiều vào chuyện thi cử.[12] Về vấn đề khan hiếm ca khúc cho các em, nhạc sĩ Hồ Hoài Anh cho rằng, "Nếu đi tìm thì có rất nhiều bài phù hợp. Quan trọng là ca khúc phải đáp ứng được yêu cầu phô diễn kỹ thuật, kỹ năng của các bé".[12] Hồ Hoài Anh cho biết mùa giải này anh sẵn sàng về tận quê thí sinh để tập riêng nếu các em không có nhiều thời gian lên TP. Hồ Chí Minh,[12] "Dù thí sinh mình ở đâu, Huấn luyện viên sẽ bay tới đó để tập cho các em," anh đại diện cho các huấn luyện viên khẳng định.

Ngày 4 tháng 10 năm 2014, trong đêm chung kết, thí sinh Nguyễn Thiện Nhân đến từ Bình Định của đội Huấn luyện viên Cẩm Ly đã vượt qua hai thí sinh còn lại là Nguyễn Hoàng Anh (đội Hồ Hoài Anh và Lưu Hương Giang) và Trần Kayon Thiên Nhâm (đội Lam Trường) để giành ngôi vị Quán quân Giọng hát Việt nhí (mùa thứ hai) với số phần trăm bình chọn áp đảo là 49,47%, nối tiếp Nguyễn Quang Anh là quán quân thứ hai của chương trình.