Игра Call of Duty: Modern Warfare 2 была выпущена 10 ноября 2009 года одновременно на всех основных платформах: Playstation 3, Xbox 360 и PC. В России весь тираж игры для консолей был задержан, и игра вышла только на PC. 12 ноября 2009 года игра стала доступна для активации для купивших её через интернет-сервис цифровой дистрибуции Steam.

Сюжет игры является прямым продолжением событий игры Call of Duty 4: Modern Warfare, и начинается спустя пять лет[15]. Одиночная кампания предлагает игроку сыграть за нескольких бойцов спецслужб и регулярных частей. Действие игры происходит в России, на военной базе в горах Казахстана, в трущобах Бразилии, в Афганистане, в США и даже на орбите Земли.

В первый же день продаж было реализовано более 4.7 миллиона копий игры. Таким образом, она установила новый мировой суточный рекорд продаж и оставила позади предыдущего лидера — Grand Theft Auto IV

Геймплей игры стандартен для серии и вообще для линейных шутеров и является развитием наработок игры Call of Duty 4: Modern Warfare. Действие игры происходит во многих уголках мира, таких как США, Афганистан, Бразилия и Казахстан. Игрок участвует в линейных миссиях за нескольких бойцов регулярных частей и спецназа западных стран и выполняет простейшие задачи: пробивается через «коридорные уровни», уничтожает противников, сбивает из ракетных установок вертолёты, управляет стационарными пулемётами, достигает чекпойнты и т. д.

Сюжет в игре Modern Warfare 2 абсолютно линеен, игровые ситуации полностью подчинены сценарию. Вся игра строится на основе линейного геймплея. Почти все уровни построены на основе т. н. «коридорного» дизайна. Например, разрушаемое окружение в игре строго предопределено, даже из мощнейшего оружия невозможно уничтожить большинство объектов на уровне.

В игре присутствуют новые геймплейные элементы, например: подъём по обледенелому склону, бой на снегоходах, плаванье на моторных лодках и другое. Появились и элементы нелинейности, нехарактерные для серии Call of Duty. В первый раз в серии игрокам предоставлена возможность стрелять сразу из двух пистолетов или обрезов по-македонски, что особенно эффективно для ведения заградительной стрельбы[17]. В игре присутствуют специальные защитные щиты, используемые спецподразделениями полиции[18].

Игровой искусственный интеллект (AI) врагов был очень серьёзно переделан по сравнению с Call of Duty 4[14]. Разработчики дали большую свободу перемещения по локации для противников. Была кардинально пересмотрена система респауна. В некоторых миссиях игроку необходимо незамеченным преодолеть патрули противника; при этом враг реагирует на шум, издаваемый игроком. Если игрок не замечен противником, то они занимаются самыми простыми делами: патрулируют территорию, общаются, курят и т. д.

В игре доступен кооперативный режим «Спецоперации» (англ. Special Ops), в который входят миссии, аналогичные по конструкции миссии Mile High Club (эпилог Call of Duty 4: Modern Warfare). Этот режим доступен в отдельном меню и не связан напрямую с основной сюжетной линией, хотя его карты построены на основе сюжетных локаций[19], некоторые из которых не присутствуют в кампании и портированы из Call of Duty 4 (например, Припять). В игре есть 23 спецоперации, большинство из которых поддерживают одиночное прохождение или совместное прохождение двумя игроками, однако две миссии ориентированы только на кооператив, например, миссия Overwatch (Наблюдатель), где одному игроку необходимо прорваться через вражеский лагерь, а другому — бомбить врагов с самолёта и расчищать путь напарнику. Миссии Special Ops включают гонки на снегоходах, сражения с бронированными солдатами, отражение волн атаки[14].

В кооперативе Special Ops три режима: синглплеер, двойной экран (англ. split-screen) кооператив (доступен только на игровых консолях) и онлайн кооператив на двух человек. За прохождение игры даётся определённое количество призовых звёзд, в зависимости от выбранной сложности. Предусмотрено три уровня сложности[20]: Рядовой (англ. Regular), Офицер (англ. Hardened) и Ветеран (англ. Veteran). Таким образом, в кооперативном режиме всего 23 миссии и игрок может получить 69 звёзд, если пройдёт все 23 миссии на уровне Veteran.

Предусмотрено пять уровней сложности миссий: Alpha, Bravo, Charlie, Delta и Echo, названных по первым знакам фонетического алфавита организации НАТО. Высшие уровни сложности разблокируются по мере прохождения более лёгких миссий.

Обозреватель портала IGN Дэвид Клэйман (англ. David Clayman) в статье «The Top 25 Xbox 360 Games» заявляет, что в 2009 году режим Special Ops является лучшим из всего, что было представлено за этот год для совместного прохождения

В игре доступна широчайшая гамма современного оружия всех стран мира. В мультиплеере экипировка разделена на четыре класса: основное оружие, дополнительное оружие и два класса различных дополнительных элементов (гранаты, мины, метательный нож, сигнальные огни). В класс основного оружия входят, например, автоматы M4A1 и FN SCAR-H, снайперские винтовки Intervention, Barrett M82, M14 EBR, пулемёты, например, Steyr AUG HBAR, а также пуленепробиваемый щит. В класс дополнительного входят, например, дробовики, пистолеты и гранатомёты. Оружие может быть модифицировано с помощью различных дополнительных модулей, таких как датчик сердцебиения, различные прицелы, подствольный дробовик и подствольный гранатомёт, боеприпасы с улучшенной пробивной способностью, расширенный магазин. Однако, некоторые виды оружия нельзя модифицировать, например, ракетные установки и пуленепробиваемый щит. Некоторые виды оружия не поддаются всем видам модификации: например, на пистолеты нельзя установить дополнительный прицел. На некоторых видах оружия можно использовать в качестве модуля стиль «Акимбо» (парное оружие). В случае с парным винчестером модели 1887 это приводило к серьёзной разбалансировке игры из-за очень высокой убойной силы этого оружия на ближней и средней дистанции[23].

В мультиплеере, с помощью различных перков можно создавать различные классы с разными возможностями. Например, используя перк Bling (обычная версия), можно установить одновременно два модуля на основное оружие, а используя перк Bling (PRO версия) ещё два модуля на дополнительное оружие.

Из холодного оружия в игре присутствуют метательные и боевые ножи. Боевой нож доступен по умолчанию и может быть использован в любом классе. При выборе метательного ножа (нож выбирается в секции метательного оружия, в которой в основном находятся боевые гранаты и другие взрывные устройства) игроку даётся один такой нож, но, бросив нож во врага, его можно подобрать и использовать повторно. Щитом также можно наносить удары. Дополнительный модуль для пистолетов Тактический нож позволяет игроку носить пистолет в правой руке, а нож в левой, за счет этого увеличивается скорость удара в ближнем бою.

В игру Modern Warfare 2 встроена система достижений (англ. achievements), которая заключается в выполнении ряда заданий Special Ops, мультиплеера и преодолении сюжетных миссий на разном уровне сложности. PC-достижения активируются через систему Steam. Заработанные достижения не дают никаких преимуществ при прохождении, они лишь отмечаются в меню игры и сетевой статистике и в версии игры для консолей приносят определённое количество gamerpoints (русск. очки игрока) (G). Например, прохождение одиночной кампании на высокой сложности или на сложности Ветеран даёт достижение Цена Войны (90G). Награждается, например, и незаметное убийство ножом (Нет Повода для Беспокойства — 10G)[24].

Ряд заданий подразумевает некую активность в процессе всей игры. Например, получение 30 звёзд в миссиях Special Ops приносит достижение Специалист (30G).

В версии игры Modern Warfare 2 для консоли Playstation 3 так же присутствует аналогичная система достижений — трофеи. Трофеи делятся на бронзовые, серебряные, золотые и платиновые.

Мультиплеер в версии для PC построен на основе новой игровой сети IWNet, связь между игроками происходит на равных условиях через компьютерные сети P2P[25]. Соответственно, в игре отсутствует система выделенных серверов. Нововведение вызвало негативную реакцию множества игроков, и 20 ноября 2009 года Infinity Ward на своем сайте разместила отдельную публикацию для разъяснения преимуществ этой новой системы[26]. Тем не менее, спустя несколько дней после релиза игры, пользователи, путём взлома кода игры смогли вернуть консоль, и, соответственно, выделенные сервера и пользовательские модификации[27]. В версиях игры для консолей Playstation 3 и Xbox 360, как и в предыдущих играх серии, сразу же перед началом матча сервером выбирается одна из консолей игроков (одна из 12 или 18 консолей), участвующих в игре.

В мультиплеере доступны несколько режимов командной или индивидуальной игры по локальной сети или интернету. Была сокращена максимальная численность игроков (32), теперь она составляет 18 человек (в версии для PC)[28]. В версиях для приставок Playstation 3 и Xbox 360 максимальное количество игроков не изменялось[28]: 18 человек для режима Ground War, 12 человек для всех остальных режимов. В игре сохранилась система набора опыта, получения наград и рангов из Call of Duty 4: Modern Warfare[29]. Кроме новых видов оружия доступна разветвлённая система дополнительных способов уничтожения противника — наград за серии убийств (англ. Killstreak Awards, «киллстрики»), которые могут быть получены игроком за определённые серии убийств (например, возможность вызова удара самолета огневой поддержки AC-130), кроме того, за различные виды убийств и других действий можно получить бонусы к опыту. В игре есть прокачиваемые и настраиваемые перки[30]. Нововведение в игре — возможность продолжить игру при выходе из игры игрока, который являлся сервером (в отличие от игры Call of Duty 4, в которой при подобной ситуации игра заканчивалась). При выходе игрока-сервера игра останавливается, все игроки на карте остаются на тех местах, на которых они были на момент выхода игрока-сервера. Автоматически игра пытается назначить сервером одного из оставшихся в игре игроков. Если это удаётся, то игра возобновляется по обратному отсчёту от 20 до 1 секунды с того места, на котором произошла остановка. Если это не удаётся, то все игроки возвращаются в игровую комнату (лобби игры).

Разработчики, в связи с установкой в игру инструментов Steamworks[31], отказались от традиционной для серии античит-системы PunkBuster в пользу Valve Anti-Cheat[32], что также вызвало серьёзную критику сообщества.

11 марта 2010 года компания Microsoft объявила о том, что с 12 марта по 15 марта 2010 года включительно для обладателей серебряной подписки в Xbox Live будет доступен многопользовательский режим Modern Warfare 2, который по умолчанию для них недоступен. Акция приурочена к выходу первого пакета карт для этой игры

Как и в Modern Warfare в Modern Warfare 2 присутствуют различные режимы многопользовательской игры. Игрок может играть один или со своими друзьями, объединяясь с ними в отряд до начала игры в лобби. На консолях Playstation 3 и Xbox 360 появилась возможность присоединиться к уже начатой игре (если в игре есть свободное место для ещё одного игрока), в которой находится игрок из списка друзей: находясь в игре и просматривая список друзей, играющих в данный момент в Modern Warfare 2, при просмотре свойств учётной записи друга в меню появляется дополнительный пункт «Join The Session». При выборе этого пункта меню игрок автоматически входит в ту игру, в которой находится этот друг.

Основной набор режимов (и правил для них) по сравнению с Modern Warfare остался без изменений.

Были добавлены новые режимы: 3rd Person Team Deathmatch; 3rd Person Cagematch, Demolition; Capture the Flag; Mosh Pit. Был удалён режим Old School.

Так же присутствует разделение на обычные и Hardcore режимы многопользовательской игры. Hardcore режимы отличаются от обычных тем, что у игроков меньше очков здоровья (30 против 100 в обычных режимах), у игроков отключен радар, который отображается в обычном режиме в верхнем левом углу, и включён friendly fire — стрельба по игрокам из своей команды. В зависимости от типа hardcore режима стрельба по бойцам из своего отряда приводит к разным результатам: в обычном hardcore урон наносится игроку, в которого осуществляется стрельба, а в hardcode ricochet режиме — тому, кто стреляет в игрока из своей команды.
Team Deathmatch (русск. командный бой) — стандартный Deathmatch. Для победы команде необходимо набрать определённое количество очков — 7500, очки начисляются за убийство игрока из команды соперника, одно убийство — 100 очков. Если за назначенное время ни одна команда не достигнет необходимого результата, победа начисляется за простое большинство в счёте. Особенность — возможность участия в команде отрядов, состоящих из друзей.
Mercenaries Team Deathmatch (русск. командный бой наёмников) — стандартный team deathmatch, правила те же, что и в режиме Team Deathmatch (русск. командный бой), особенность — запрещены играющие вместе друзья.
Team Deathmatch Express (русск. быстрый командный бой) — стандартный team deathmatch. Особенность — перерыв между боями сокращён с 60 до 20 секунд.
3rd Person Team Deathmatch (русск. командный бой от третьего лица) — стандартный Deathmatch с меньшим количеством игроков и видом от третьего лица.
Hardcore Team Deathmatch (русск. хардкорный командный бой) — Deathmatch с включённым hardcore.
Ground War (русск. наземная война) — Чередование стандартного team deathmatch и Domination. Максимальный по численности режим — 18 человек.
Free-For-All (русск. свободная игра) — каждый играет за себя, для победы игроку надо сделать 30 фрагов.
Search & Destroy (русск. найти и уничтожить) — для победы нужно взорвать или не дать взорвать одну из целей, либо уничтожить всех игроков вражеской команды.
S&D Ricochet Hardcore (русск. Хардкорный Найти и Уничтожить с отражением дружественного огня) — Search & Destroy с включёнными отражением дружественного огня и хардкором.
Sabotage (русск. саботаж) — две команды охотятся за бомбой, пытаясь поставить её на объект соперника.
Domination (русск. превосходство) — для победы надо захватить минимум два флага и удерживать их большую часть игрового времени.

В версии игры для PC была найдена возможность получить доступ к трём дополнительным многопользовательским режимам:[34]
Global Thermonuclear War
One Flag
V.I.P.

Активировать эти режимы можно только после взлома игры и получения доступа к консоли[35]. Режимы были опробованы на картах Afghan и Favela, на остальных картах корректность работы этих режимов не подтверждена. Топик с описанием этой возможности был создан на официальном форуме компании Infinity Ward, но был удалён администрацией форума.

В игре сохранилась система уровней игрока, которая позволяет открывать новые перки и оружие по мере получения более высокого звания (уровня). Для перехода с одного уровня на другой необходимо набрать определённое количество очков, которые могут быть получены за убийства в сетевой игре, выполнения различных заданий (например, захват флага в режиме игры Domination даёт дополнительные 150 очков, сбитый Harrier — 300 очков, пробежать 52 мили с использованием перка Марафон — 10000 очков). По мере роста уровня игрока количество очков, которые необходимо набрать для перехода на следующий уровень, постоянно растёт.

Максимальный доступный уровень в игре Modern Warfare 2 — 70 уровень. Для сравнения в Call of Duty 4: Modern Warfare максимальное значение — 55 уровень, а в Call of Duty: World at War — 65 уровень.

Также сохранилась система уровней престижа. Когда игрок достиг максимального уровня, то у него есть возможность продолжать играть, находясь на 70 уровне, либо «уйти в престиж» — продолжать играть, начав снова с первого уровня, но получив в награду особенный знак, отображающий уровень престижа напротив его ника. Всего в Modern Warfare 2 существует 10 уровней престижа[36]. При переходе в престиж в первый раз игроку становится доступен новый список заданий под названием Prestige, позволяющий заработать дополнительные очки за их выполнение.

При достижении максимального уровня 10 престижа игроку продолжают начисляться заработанные очки за выполненные задания (если таковые остались) и убийства, что никак не влияет на доступное оружие и перки, но продвигает игрока вверх в таблице мирового рейтинга, который ведётся на серверах Infinity Ward.

Система начисления очков в игре предназначена для того, чтобы игрок мог перейти со своего текущего уровня на следующий, который может открыть дополнительное оружие, перк или killstreak награду. С ростом уровня требуемое количество очков для перехода на следующий уровень возрастает. Очки начисляются за убийство игрока из команды соперника, выполнение какого-либо задания, например, убить десять врагов в положении лёжа.

В игре Modern Warfare 2 компания Infinity Ward пересмотрела систему начисления очков для игроков. Для тех режимов игры, которые ведутся на количество убийств игроков из команды соперника, количество очков, получаемых за одно убийство, было увеличено в 10 раз (в общем случае 100 очков в Modern Warfare 2 против 10 в Modern Warfare). В связи с этим были увеличены и лимиты для таких режимов игр (с 750 в Modern Warfare на 7500 в Modern Warfare 2 при игре с максимальным количеством игроков 12, и с 1000 в Modern Warfare на 10000 в Modern Warfare 2 при игре с максимальным количеством игроков 18). Также были введены дополнительные способы получения очков, например, уничтожение используемых командой соперника killstreak наград, спасение игроков своей команды от огня атакующего его врага[37].

Данные нововведения позволяют более быстрым и метким игрокам получать за одну игру большее количество очков чем получают товарищи по команде. Также эти нововведения позволяют чётче располагать игроков в таблице мирового рейтинга.

В предыдущих играх серии персонализация игрока сводилась к:
возможности указать название клана (не более 4 символов); которое отображалось напротив ника игрока;
отображению текущего уровня игрока и соответствующего значка звания, если игрок ещё не «ушёл в престиж»;
отображению значка уровня престижа, на котором находится пользователь.

В Modern Warfare 2 впервые в серии Call of Duty были представлены дополнительные возможности персонализации, так называемые callsigns, состоящие из двух частей: титул и эмблема. Некоторые эмблемы и титулы, например, флаги некоторых государств, открыты по умолчанию[38]. Остальные эмблемы и титулы открываются по мере выполнения игроком различных заданий при определённых условиях. Например, титул Low Profile открывается после того как игрок, находясь в положении лёжа, убьёт в общей сложности 15 врагов; эмблема с изображением эскадрильи самолётов открывается после того, как игрок убьёт 10 игроков из команды противника использованной киллстрик наградой. При переходе с одного уровня престижа на другой все заработанные титулы и эмблемы сохраняются.

Различные сочетания имени игрока, уровня игрока, уровня престижа, названия клана, титула и эмблемы позволяют достичь максимального на сегодняшний день уровня персонализации в серии Call of Duty.

Как и в Call of Duty 4, большую роль в геймплее играет разветвлённая система перков, которые дают определённые дополнительные умения или возможности. Выполняя определённые задания, игроки могут прокачать перки до про-версии[39]. Про-версия перка не заменяет обычную версию этого же перка, а дополняет его, то есть к тем умениям, которые давала обычная версия, добавляются те, что предоставляет про-версия[40]. Перки разделены на три группы (слота), в каждом слоте изначально доступно по 2 перка, по мере прокачки (перехода от одного уровня к другому) в каждом из слотов игроку становятся доступны дополнительные перки. Из каждой группы можно выбрать только один перк.

Полный список перков, минимальный уровень для использования и условия получения Про-версии приведены в таблице:

Очень важна настраиваемая система наград за серии убийств, т. н. киллстрики (англ. killstreak rewards). Система позволяет игроку подбирать разблокированные киллстрик-награды по своему предпочтению. Новички могут получить бонусы по своим возможностям, более квалифицированные игроки могут бороться за киллстрики высшего уровня — вызов самолёта AC-130, или ещё более серьёзные награды за большие серии убийств, например тактический ядерный удар.

Важно заметить следующее — находясь на первых уровнях игрок не может выбирать используемые им киллстрик награды, игроку даётся предустановленный набор. Набор наград, установленный по умолчанию: UAV, Care Package, Predator Missile. Все киллстрик награды, кроме тех, что давались игроку по умолчанию, закрыты и по мере дальнейшей прокачки (перехода от одного уровня к другому) у игрока появляется возможность одну за другой разблокировать все награды. Так, начиная с 10 уровня, игрок имеет возможность открыть одну из закрытых наград, например, Emergency Airdrop и использовать её вместо любой другой ему доступной[43].

В отличие от Call of Duty 4: Modern Warfare, в случае гибели игрока неиспользованные награды не теряются и не заменяются новыми заработанными наградами, а остаются доступными для использования. Если после смерти игрок получил новые награды и имеет в запасе старые, которые ещё не были использованы, то сначала используются более новые награды.

В режимах игры, в которых есть разделение на раунды, также произошли изменения: убийства накапливаются от одного раунда к другому. Например, в Call of Duty: World at War, играя в Search & Destroy, убийства, произведённые в одном раунде, не переносились в другой раунд, но награды, полученные в прошлом раунде, были доступны для использования. Максимальная киллстрик-награда зависела от количества игроков во вражеской команде, то есть если в командах по 6 игроков, то получить награду за 7 убийств было невозможно при всем желании. В Modern Warfare 2 теоретически можно получить любую доступную награду, если, играя каждый раунд, не умирать, а накапливать убийства соперников.

Убийства, полученные за использование наград из Care Package и Emergency Airdrop, не идут в счёт убийств для получения следующей выбранной игроком киллстрик награды. То есть, если игрок из Care Package (для получения этой награды в игре необходимо убить 4 человек из команды противника) получил вызов самолёта поддержки AC-130 (для получения этой награды в игре необходимо убить 11 человек из команды противника) и убил с него 21 игрока из команды противника, то использовать Tactical Nuke (если данный киллстрик был выбран в качестве одной из наград за количество убийств) нельзя. Таким образом достигается баланс между киллстрик наградами, которые можно легко получить из Care Package и Emergency Airdrop, и теми же самыми заработанными киллстрик наградами.