В мире, где открытие универсального минерала «нефрит» ускоряет развитие бионических машин и провоцирует конфликты, игрок командует отрядом механизированных девушек-бронебойщиков. Их задача — защитить осаждённый город от вражеских войск. Cavalry Girls — шутер с видом сверху в футуристической обстановке: девушки-солдаты противостоят неумолимым противникам, а игровой процесс соединяет экшен, стратегию и кастомизацию.

Игра сочетает боевые задания с повседневными занятиями. Перед схватками нужно выбирать снаряжение, комплектовать команды и собирать мехов, а в бою — применять оружие и умения. Случайная генерация врагов и ограниченность ресурсов придают сражениям элемент roguelike: для успеха приходится планировать действия и бережно распоряжаться запасами.

Вне боя можно общаться с пятью персонажами, у каждого из которых свои характер и предыстория. Игроки обустраивают общежития, проводят время с товарищами и дарят им подарки, развивая привязанность и верность. Системы идеологии, синтеза и разборки позволяют влиять на сюжет, создавать снаряжение и обращать трофеи противников себе на пользу.