Некоторые награды требуют отвлечения игрока от игрового процесса, например, вызов AC-130: игрок управляет с ноутбука орудиями самолёта и стреляет из пушек по противнику. В этот момент игрок на карте остаётся полностью беззащитным, так как никем не управляется. Перед использованием таких киллстриков рекомендуется прятаться в какое-нибудь незаметное место на карте, чтобы за время отсутствия протагониста не убили и не прервали текущую серию убийств. Если для управления используется джойстик DualShock 3, то момент, когда протагониста убили на карте, будет обозначен короткой вибрацией джойстика. При использовании джойстика Sixaxis такого оповещения нет.

События Call of Duty: Modern Warfare 2 разворачиваются спустя пять лет после окончания Call of Duty 4: Modern Warfare. Российская ультранационалистическая организация, возглавляемая Владимиром Макаровым, объявила гибель своего бывшего лидера Имрана Захаева актом самопожертвования и этим добилась широкой общественной поддержки. Макаров организовал многочисленные террористические акты против мирных граждан по всему миру. Опасаясь укрепления позиций Макарова, международное сообщество сформировало элитный отряд Task Force 141, возглавляемый генералом Шепардом, для борьбы с террористами.

Игра начинается в Афганистане, где американский рейнджер Джозеф Аллен демонстрирует новобранцам навыки одиночной стрельбы и участвует в операции по освобождению города от отрядов боевиков. Впечатлённый навыками Аллена, генерал Шепард вербует его в ЦРУ. Шепард, не брезгуя любыми средствами, внедряет Аллена в организацию Макарова под именем Алексея Бородина. Тем временем, бойцы Task Force 141 — капитан МакТавиш и сержант Сандерсон проникают на российскую авиабазу в горах на юге Казахстана, чтобы возвратить потерянный модуль ACS (к тому времени уже взломанный российскими специалистами). Затем отряд Макарова, в том числе Джозеф Аллен, под видом американцев устраивает зверское массовое убийство мирных граждан в терминале Международного аэропорта Захаева в Москве. Однако Макарову Шепард уже сказал, кем на самом деле является Аллен, и убивает его при побеге из аэропорта, что делает сотрудника ЦРУ одним из виновников бойни и неопровержимым доказательством агрессивных намерений американцев. После прохода предыдущей миссии, появляется сообщение, предупреждающее, что следующая миссия имеет "вредный" для некоторых людей контент.

Общество России мгновенно приходит к выводу, что атака была организована спецслужбами США. Это становится поводом к началу войны, и российская армия успешно вторгается в США, обойдя американские радары с помощью взломанного модуля ACS. Отряд 1-ого батальона Рейнджеров, в котором служат капрал Данн и рядовой Джеймс Рамирез, под командованием сержанта Фоули, обороняет Виргинию от нападения российского десанта. Они пробиваются в пылающий Вашингтон, где американские силы ведут бои против наступающих российских частей.

Когда российские войска оккупируют Вашингтон и близки к установке контроля над США, Прайс втайне от всех решается на отчаянный поступок: запустить баллистическую ракету с ядерным зарядом по восточному побережью Штатов, запрограммированную им к взрыву в верхних слоях атмосферы, для выведения электромагнитным импульсом из строя всей боевой техники — и американской, и российской — в пределах досягаемости воздействия (все восточное побережье и часть ближе к центральной). Он решает использовать российскую атомную подлодку, чтобы запустить МБР к Вашингтону. Ракета взрывается в верхних слоях атмосферы и разрушает МКС. Электромагнитный импульс уничтожает электронику и оборудование американских и российских войск на Восточном побережье. Рейнджеры отбивают важнейшие точки Вашингтона; авиация уничтожает остатки российских войск.

Сузив возможное убежище Макарова до двух точек, бойцы Task Force 141 разделяются: Прайс и МакТавиш отправляются на кладбище самолётов в Афганистане, в то время как Сандерсон и сержант Райли отправляются к российско-грузинской границе. Сандерсон и Райли получают важнейшие данные о Макарове, но Сандерсона тяжело ранят, а прибывший генерал Шепард, получив электронный носитель с секретными данными, убивает Райли, а потом сжигает его и ещё живого Сандерсона. Прайсу и МакТавишу становится понятно, что Шепард намеревается использовать в своих интересах глобальный кризис, чтобы объявить себя единственным героем; после получения координат секретной базы Шепарда в Афганистане от Макарова, они решают отомстить предателю. Однако, Шепарду удаётся сбежать со своей базы в Афганистане, так что Прайсу и МакТавишу приходится погнаться за ним на моторной лодке.

Прайсу удаётся сбить вертолёт Шепарда перед падением лодки с водопада. Выбравшийся из воды МакТавиш убивает двух оставшихся в живых людей Шепарда и наконец настигает самого генерала. Но Шепард блокирует нападение и наносит контрудар МакТавишу его собственным ножом. Шепард готовится убить МакТавиша, но внезапно появившийся капитан Прайс нападает на генерала и выбивает револьвер из его рук. МакТавиш пытается схватить с земли револьвер, но Шепард отшвыривает пистолет ногой и ударяет МакТавиша по лицу, вследствие чего он теряет сознание. На генерала снова нападает Прайс, и между ними начинается схватка. Когда Шепард начинает одерживать верх, очнувшийся МакТавиш вырывает нож из своей груди, кидает его в Шепарда и убивает предателя. Вернувшийся русский информатор Николай спасает Прайса и МакТавиша, и они вместе улетают на вертолёте. Николай предупреждает Прайса, что теперь они в международном розыске. Прайс говорит, что нужно отвезти МакТавиша в безопасное место. Николай говорит, что знает такое место. Эти слова дают надежду фанатам игры на продолжение.

На протяжении сюжетной кампании игрок управляет пятью протагонистами. Главный герой — сержант британской армии Гэри Сандерсон (англ. Gary "Roach" Sanderson), который является членом международного спецотряда Task Force 141. Игра начинается в Афганистане, где игрок управляет американским рейнджером, рядовым первого класса Джозефом Алленом (англ. Joseph Allen), который после личного отбора генерал-лейтенантом Шепардом (англ. Lieutenant General Shepherd) становится агентом ЦРУ и внедряется в террористическую организацию Владимира Макарова (англ. Vladimir Makarov) под именем Алексей Бородин (англ. Alexei Borodin). Протагонистом становится и другой рядовой элитного 75-ого полка рейнджеров Джеймс Рамирез (англ. James Ramirez), который участвует в обороне Восточного побережья США от наступающих российских войск.

В первых миссиях протагонист игры Call of Duty 4: Modern Warfare британский капитан SAS Джон МакТавиш (англ. Jonh "Soap" MacTavish) является командиром отряда Гэри Сандерсона, и, следовательно, неигровым персонажем. Однако, в последних трёх миссиях он также становится протагонистом. На несколько секунд игрок становится оператором МКС и наблюдает за взрывом ЭМИ в верхних слоях атмосферы и гибелью своей станции.

Некоторые неигровые персонажи играют очень важную роль в сюжете. В середине игры возвращается ветеран SAS из Call of Duty 4: Modern Warfare капитан Джон Прайс (англ. John Price), которого МакТавиш спасает из российского ГУЛага. Новым героем стал один из лучших бойцов Task Force 141, в прошлом боец SAS, сержант Саймон «Гоуст» Райли (англ. Simon "Ghost" Riley), который носит балаклаву с изображением человеческого черепа. Сержант Фоули — командир взвода 1-ого батальона 75-ого полка рейнджеров, под его началом служили Джозеф Аллен и Джеймс Рамирез. Вернулся и Николай (англ. Nikolai) — российский информатор британских спецслужб.

Антагонистами стали командующий Task Force 141 генерал-лейтенант Шепард (англ. Lieutenant General Shepherd), предавший главных героев в конце игры, и Владимир Макаров, ставший главой российской ультранационалистической партии после гибели Имрана Захаева (англ. Imran Zakhaev) в финале игры Call of Duty 4. Тем не менее, в конце игры Макаров помог определить местонахождение Шепарда.

В Call of Duty: Modern Warfare 2 используется модифицированный игровой движок игры Call of Duty 4 под названием IW 4.0 (Infinity Ward 4.0, рабочее имя «UE3 IWMod»[источник не указан 101 день]), который представляет собой серьёзно переработанный Id Tech 3 (или Quake 3 Engine)[9]. Движок используют DirectX 10 и поддерживает DirectX 9.

Одной из основных задач Infinity Ward в работе над новым движком было решение проблемы с постоянным респауном противников в различных точках уровня. Движок игры использует «динамический AI», который изменил систему респауна и позволяет «умным» врагам действовать на карте более самостоятельно. В игре нет большого количества повторяющихся ситуаций, так как каждый раз противник ведёт себя по-новому. Движок стал использовать технологию потоковых текстур, что позволяет создавать более открытые и крупные уровни. Была проведена серьёзная работа со светом[54]. Кроме того, ещё большую роль играет оружейная баллистика [14]: учитываются типы поверхности, формы объектов, разновидности гранат и т. д. К сожалению, баллистика пуль была ещё больше ухудшена — к примеру, зачастую можно попасть в лежащего врага из пистолета через всю карту.

Кроме обычного издания (стоимостью $59,99[55]), представляющего собой DVD или Blu-Ray бокс с вложенным в него диском и буклетом, было выпущено два дополнительных издания для консолей[56]. Для PC вышло только стандартное издание игры.

Специальное коллекционное издание Prestige Edition игры (цена издания составляет $149,99) содержит:[57][58]
Стальную упаковку игры;
Диск с игрой Modern Warfare 2;
Альбом иллюстраций Call of Duty: Behind the Lines;
Талон для скачивания первой игры серии Call of Duty;
Прибор ночного видения (Night Vision Goggles);
Бюст одного из персонажей игры, капитана Джона МакТавиша.

Коллекционное издание Hardened Edition игры (цена издания составляет $79,99) содержит:[59]
Стальную упаковку;
Диск с игрой Modern Warfare 2;
Альбом иллюстраций Call of Duty: Behind the Lines;
Талон для скачивания первой игры серии Call of Duty.

Фигурка капитана МакТавиша из Veteran Package

В Великобритании вышло издание Veteran Package. Набор стоимостью £119,19 включает:
Стальной кейс;
Диск с игрой Modern Warfare 2;
Альбом иллюстраций Call of Duty: Behind the Lines;
Талон для скачивания первой игры серии Call of Duty;
Фигурку капитана МакТавиша со сменным оружием. Высота статуэтки — 30 см. В арсенале героя два пистолета калибра .45 ACP, два ледоруба и винтовка M14 Enhanced Battle Rifle, которую можно закрепить у бойца в руках или убрать ему за спину[60].

Было выпущено издание Call of Duty: Modern Warfare 2: Console Edition — специальная версия консоли Xbox 360 с жёстким диском 250 GB в фирменном дизайне игры[61].

В России для PC вышло дополнительное коллекционное издание. В его составе:[1]
Два DVD-диска с игрой;
Балаклава (маска бойца спецподразделения) с изображением черепа, похожую маску носит персонаж Ghost;
Браслет с логотипом игры.

Игра была официально анонсирована 11 февраля 2009[6].

Первый трейлер игры был показан 25 марта 2009 года на церемонии Game Developer Choice Awards в Сан Франциско. Он также появился на официальном сайте игры, в то время как на сервисах Xbox Live Marketplace и PlayStation Network он был выпущен позже. Второй трейлер, демонстрирующий игровой процесс появился 10 мая 2009 года. В нём были показаны подводная миссия и управление снегоходом. Третий трейлер был выпущен 24 мая 2009 года. Там были более подробно показаны бои и игровой процесс. 28 мая 2009 года в новом трейлере был показан новый режим мультиплеера — Flag Runner.

4 апреля 2009 года сотрудник Infinity Ward Тодд Стивенс на выставке GDC '09 заявил, что главной платформой для игры является консоль PlayStation 3[62]. Однако, позднее оказалось, что сотрудника Infinity Ward Тодда Стивенса на самом деле не существует[63].

На выставке E3 2009 была показана миссия игры под названием Cliffhanger/Скалолаз, в которой капитан Джон «Soap» МакТавиш и сержант Гэри «Roach» Сандерсон проводят диверсию на военной базе, находящейся в горах Тянь-Шаня в Казахстане. Затем они сбегают оттуда на снегоходах.

28 сентября 2009 года Роберт Боулинг объявил, что до релиза игры публичная демоверсия не появится[64]. Также было объявлено, что для поиска различных ошибок и багов в игре компания Infinity Ward пригласила группу тестеров-любителей mapMonkeys[65].

2 октября 2009 года Infinity Ward разместила в Интернете официальный свободно скачиваемый набор обоев для рабочего стола.

3 октября 2009 года был полностью обновлён официальный сайт и форум игры.

4 октября 2009 года вышел пятый официальный трейлер игры. В нём были показаны фрагменты сюжета игры, в частности бои в горящем Вашингтоне[66].

5 октября 2009 года в Интернете появилась информация о переносе PC версии игры на 24 ноября 2009 года[67]. Однако, 17 октября 2009 года на своём Twitter Роберт Боулинг опроверг это сообщение и сообщил, что PC версию будет поддерживать интернет-сервис Steam и в ней появится система уровней престижа [68].

18 октября 2009 года Роберт Боулинг в интервью ресурсу BASHandSlash.com заявил, что мультиплеер игры не поддерживает выделенные сервера и игра теперь использует античит систему Valve Anti-Cheat. Сразу после этого начался сбор подписей под требованием вернуть систему выделенных серверов. В первые же сутки под петицией подписалось около 70 тысяч человек[69][70].

31 октября 2009 года в Интернете появилась пиратская версия игры для Xbox 360.

4 ноября 2009 года появился последний официальный трейлер, в котором были показаны важнейшие моменты сюжета и отзывы на проект различных игровых изданий. В качестве музыкального сопровождения была песня Eminem и Nate Dogg — «Пока я не потерплю крах» (англ. «Till I Collapse»)[66].

6 ноября 2009 года стала доступна для загрузки Steam-версия игры для PC, 12 ноября 2009 года — для активации.

10 ноября 2009 года состоялся официальный международный релиз игры.

16 ноября 2009 года было объявлено о возможном скором выходе редактора модификаций и карт для PC-версии игры[71].

29 октября 2009 год в сеть было выложено видео с прохождением фрагмента французской версии игры, в котором игрок уничтожал мирных граждан в московском аэропорту[72], очень похожем на Шереметьево-3. Это вызвало широчайшую волну обсуждений в игровом сообществе среди фанатов серии[73], и даже угрозы бойкота игры. Вскоре компания Activision заявила, что в игре дана однозначно осуждающая оценка терроризму и подобные миссии можно пропустить без какого-либо ущерба для прохождения игры[74]. Американская оценочная система ESRB присвоила игре рейтинг M — Mature[12]. Сотрудник Infinity Ward Ченс Гласко заявил, что об игре нельзя судить по одной миссии вне общего контекста[75] Для некоторых версий игры, например для немецкой и японской, вышел патч, при котором блокируются выстрелы в мирных граждан[76][77].

После консультаций с местными экспертами, опасаясь негативной реакции игроков, американская компания Activision в российской PC версии игры заблокировала эту миссию[78]. Однако, сразу же были найдены способы обхода патча, блокирующего миссию[79]. В России был задержан весь тираж консольной версии игры.

Генеральный прокурор штата Южная Австралия Майкл Аткинсон призвал ужесточить рейтинг игры MA15+. Он заявил, что игра позволяет «быть виртуальными террористами и уничтожать мирных граждан»[80].

При подготовке японской локализации игры переводчиком была допущена грубая ошибка, которая несколько исказила и смысл данной миссии, и в общем всей одиночной компании. Если в оригинале смысл сказанных Макаровым перед началом миссии слов был: «Помните: ни слова по-русски», то в варианте для Японии смысл такой: «Убейте их, они — русские»[81].

13 января 2010 года Валерий Селезнёв, депутат от фракции ЛДПР в Госдуме РФ, предложил внести игру в Федеральный список экстремистских материалов за пропаганду насилия и экстремизма[82].

22 января 2010 года фирма 1С (издатель игры в России) ответила на обвинения депутата Селезнёва в открытом письме, опубликованном на официальном сайте компании[83].

Первоначально игра создавалась под рабочим названием «Call of Duty 6»[84].

Первое официальное название, «Call of Duty: Modern Warfare 2», было объявлено компанией-издателем Activision Blizzard 3 декабря 2008[85]. Позже компания опровергла это сообщение, заявив, что в данный момент любая информация об игре является спекулятивной. Infinity Ward также подтвердила, что официально проект ещё не анонсирован.

11 февраля 2009 компания Activision Blizzard представила игру под новым, сокращенным названием «Modern Warfare 2», и назначила предварительную дату релиза игры на зимние праздники 2009 года[6]. Позднее дата выхода игры была уточнена и установлена на 10 ноября 2009 года.

Однако, после проведённого исследования степени узнаваемости бренда, компания Infinity Ward была вынуждена вернуть префикс Call of Duty, так как большинство игроков не признали игру с названием «Modern Warfare 2» прямым продолжением Call of Duty 4: Modern Warfare[13].