Los lugares que aparecen en el juego incluyen Cuba, la Unión Soviética, Estados Unidos, Vietnam del Sur y Laos.

Mientras que Treyarch trabajó simultáneamente en World at War y el videojuego relacionado con la película de James Bond Quantum of Solace, se centraron específicamente en Black Ops durante este ciclo de desarrollo.

Black Ops ejecuta una versión mejorada del motor IW 3.0 utilizado en World at War.

[1]​ Usando la invasión como distracción para infiltrarse en la mansión de Castro, Mason y su equipo efectúan aparentemente con éxito el asesinato, dirigiéndose a un aeródromo para escapar en un C-130, sin embargo, una barricada de vehículos corta el paso en la pista de aterrizaje, por lo que Mason decide bajarse y tripular un cañón antiaéreo para destruirlos y abrirle paso al avión.

Números: (Desarrollo: Hong Kong) Mientras tanto, Hudson y Weaver interrogan al Dr. Daniel Clarke, ingeniero que estabilizó los complementos volátiles para el Nova-6, en Kowloon.

[10]​ Durante la operación, Reznov fue traicionado por Dragovich, que probó la creación de Steiner, un agente nervioso conocido como «Nova-6», con varios soldados rusos, incluido su amigo Petrenko, asesinándolos.

[10]​ Contra todo pronóstico, Reznov se salvó de correr la misma suerte cuando comandos británicos atacaron a los rusos.

[11]​ No obstante, más tarde fue recreado por Steiner con la ayuda de Daniel Clarke, un científico británico.

Víctor Charlie: (Desarrollo: Vietnam del Norte) Durante una misión de búsqueda y destrucción de un campamento del Viet Cong en el sur de la Zona Desmilitarizada (frontera entre los dos Vietnam), el helicóptero en el que Mason y Woods iban es derribado por un ZPU-4 y cae en la mitad de la selva, tras plantar explosivos en puntos claves del campamento, las fuerzas del SOG atacan, descubriendo una entrada a la enorme red de túneles del Viet Cong, Mason entra con Swift a limpiar dichos túneles, donde casi le dispara a Reznov, quien lo había salvado a él y a Woods de morir ahogados en el helicóptero derribado en el río, pero al poco avanzar Swift es apuñalado por un guerrillero y deja a Mason solo bajo tierra.

Renacimiento: (Desarrollo: Unión Soviética) Mason y Reznov, contra todo pronóstico, van hacia la isla para asesinar a Steiner.

Viendo a las fuerzas estadounidenses debilitadas, los rusos hacen uso del Nova-6, donde los que no llevan traje Hazmat mueren en cuestión de segundos.

Ya arriba, Weaver declara la victoria, pero Alex no está seguro, atormentado por su última conversación con Dragovich.

[14]​ El ambiente cerrado, y lineal se sigue manteniendo al igual que otros títulos de la serie, cada misión es necesaria para progresar a través del juego y desbloquear más contenido sobre esta misma.

[16]​ El jugador puede posicionarse en tres diferentes posturas: Parado, agachado y decúbito prono.

De esta manera, los personajes poseen sus propios rasgos y formas psicológicas únicos.

Durante gran parte del juego se está acompañado por las tropas aliadas, las cuales combaten junto al jugador ayudando durante las misiones, de este modo así, proveyendo fuego defensivo, derribando a enemigos, alejando granadas y despejando cuartos para su entrada.

La campaña posee —al igual que otras entregas de la serie— niveles de dificultad a elección del jugador, los cuales aparecen al comienzo de una nueva partida, o al momento de elegir una misión al azar, estos son cuatro;[13]​ «Recluta», que es el menos complicado y el que menos retos posee durante la campaña;[13]​ «Profesional», en donde el jugador posee más retos con un poco más de dificultad, pero todavía no es suficientemente difícil;[13]​ «Curtido», modo el cual es ideal para jugadores experimentados, y que posee enemigos más listos y peligrosos (a pesar de ser los mismos), y muchos más retos que las dificultades anteriores;[13]​ y por último, «Veterano», siendo el último y el más arduo nivel de dificultad, donde los enemigos se vuelven brutales y extremadamente precisos con las armas.

Se pueden encontrar más armas, las cuales solo han sido vistas en la serie Modern Warfare.

Durante la campaña, se puede encontrar armamento especial como ballestas, en donde su munición puede ser explosiva; y «aliento de dragón» (Dragon's Breath), cartucho de escopeta el cual se puede encontrar en una sola misión de juego; cuchillos balísticos; y finalmente, pistolas y subfusiles dobles, pero solamente en pocas misiones del juego.

[14]​ Las armas que se encuentran dentro de una misma clase tienden a compartir los atributos similares.

[14]​ Estas clases son;[14]​ los fusiles de asalto, los cuales ofrecen un gran daño al objetivo, precisión y efectividad a una distancia media, y por lo general tienen cargadores de capacidad media;[14]​ los subfusiles (SMG por sus siglas en inglés), los cuales poseen una efectividad a una corta distancia.

[21]​ Esta clase siempre aparece como arma secundaria en el arsenal de jugador, ya sea la campaña para un jugador, o bien, el modo multijugador;[21]​ y por último, las escopetas, clase que presenta una gran efectividad a corta distancia.

Sin embargo, esto es recompensado por los daños de importancia extrema que infligen, especialmente en espacios reducidos.

La "Caja misteriosa", caracterizada por un haz de luz vertical que se puede ver a campo abierto, es una máquina expendedora aleatoria de armas y tiene un precio fijo que no varía (950 puntos y 10 puntos con Liquidación).

Si hay dos jugadores o más, es posible revivir a los aliados para continuar sobreviviendo.

En entregas posteriores, los desarrolladores se apoyarían en la comunidad y darían, indirectamente, veracidad a la historia creada por sus jugadores.

DLC 1- Ascension: Un cosmódromo soviético azotado por las hordas de no muertos en el año 1963.

[28]​ Call of Duty: Black Ops soporta una imagen 3D renderizada por el propio motor gráfico.

[30]​ Para Black Ops, Treyarch se centró solo en este juego a diferencia de su anterior práctica.

La revista PC World señaló que las puntuaciones fueron bajas debido a los fallos de Black Ops.