Уровни в Project X Zone основаны на нескольких популярных сериях. Каждая команда состоит, как правило, из двух персонажей, но третьего персонажа можно добавить в качестве помощника. В отличие от Namco × Capcom, персонажи могут свободно перемещаться в пределах карты, без штрафа для доступа к сундукам с сокровищами или разрушаемым объектам перед нападением.

Боевая система называется Cross Active Battle System, в которой персонаж с помощью нажатия кнопкок в сочетании с аналоговым стиком выполняет до пяти комбо. Дополнительные элементы геймплея включают в себя атаку, с помощью которой можно позвать союзника на помощь, и атака «Крест», замораживающая персонажа на месте во время одновременной атаки нескольких персонажей. Кроме того, игрок может наносить критические удары, подключив их к следующей атаке незадолго до падения на землю противника после первого удара. В качестве очков жизни используется система «Cross Power». Она может заполняться и может быть использована для специальных атак и оборонительных ударов. Совершая атаки с помощью функции «Крест», игрок может заполнить «Cross Power» до 150 %.

Project X Zone насчитывает более 200 персонажей (включая союзников и врагов).