Sonic Rivals 2 é um jogo de plataforma com jogabilidade em 2D em um ambiente 3D, no qual você compete com outro personagem para chegar à linha de chegada de cada fase, assim como no primeiro jogo. Os personagens continuam obtendo vários itens de poder ao longo das fases para atacar seus rivais. As fases contra chefes também funcionam da mesma forma: você precisa derrotar o chefe antes do seu rival. Os jogadores ainda coletam cartas ao completar vários desafios.
A lista de personagens jogáveis inclui todos os do jogo anterior (Sonic, Knuckles, Shadow, Silver e Metal Sonic), além de Tails, Espio, o Camaleão, e Rouge, a Morcega.
Foi adicionado um modo Livre, que permite jogar novamente as fases já concluídas sem competir contra outro personagem. Também foram incluídos novos desafios multijogador, com os modos Nocaute, Batalha de Anéis, Corrida, Rei da Colina, Capture o Chao e Pega-pega.