Call of Duty: World at War возвращает серию ко Второй мировой войне, охватывая события 1942–1945 годов. Тихоокеанская кампания с морпехом Миллером чередуется с боями Дмитрия Петренко в составе Красной армии. Эти линии показывают разные фронты и приводят участников через последовательность крупных военных операций.

Шутер использует вооружение своей эпохи, включая стрелковое оружие и пулемёты. Некоторые эпизоды меняют привычный бой пехотинца на работу с установленным вооружением или техникой. Дополнительный зомби-режим предлагает обороняться от наступающих волн одному либо вместе с товарищами. Набор доступных карт зависит от состава издания и установленного дополнительного контента; его не следует смешивать с основной военной кампанией.