El otro gran pilar que sustentará MW2 será su multijugador, el cual ocupará la mayor parte del tiempo que el jugador dedique al título, pues si bien la campaña será intensa y brillante (no esperamos lo contrario dados los precedentes) su duración tampoco será muy extensa, algo a lo que ya nos tienen acostumbrados en la saga, salvo quizá en la quinta entrega, World at War, donde esta duraba algo más.
Todo lo bueno de MW1 estará en su secuela, pero también hay novedades, y las principales son el modo cooperativo Special Ops, la capacidad de personalización del personaje, las nuevas bonificaciones por muerte y el nuevo sistema deathstreaks. Ahora vayamos por partes.

Por primera vez en un juego de la franquicia desarrollado por Infinity Ward, se ha incluido cooperativo con Special Ops, una modalidad para dos jugadores totalmente ajena a la campaña individual y al modo multijugador normal del juego. Básicamente consiste en una serie de misiones divididas en grupos que deberemos superar en colaboración con otro amigo y que se caracterizan por su intensidad y verticalidad. Al superarlas obtendremos unas estrellas que nos permitirán desbloquear armas, complementos y nuevas misiones. La duración de los objetivos y retos será más bien baja, pudiendo superar la mayoría de ellos en pocos minutos. Si bien su handicap reside en su gran cantidad y no en la duración individual de cada uno. Para que nos entendamos vienen a ser misiones contrarreloj donde primará la coordinación entre los dos jugadores y la velocidad en que las realicemos.
En MW2 también ha sido expandida la capacidad de personalización de nuestro personaje, si ya en el primero podíamos desbloquear algunas mejoras para las armas así como elegir cuales llevar y activar hasta 3 ventajas, su secuela va un paso más allá. Ahora el abanico de posibilidades y armamento es mucho más amplio y no se limitará a coger 2 armas, 3 ventajes y el tipo de granada, sino que podremos equiparnos con extras, como pueden ser cuchillos arrojadizos o potenciadores específicos para las armas, así como elegir los ataques especiales que tendremos disponibles para las rachas de muertes.

Las bonificaciones en el combate también están presentes y han sido ampliadas. A los ya conocidos ataques de helicóptero o aéreos se une el de un AC-130, el famoso avión artillado que ya se usaba en una misión de la primera entrega, un misil predator, y los aviones no tripulados UAV. Además de ampliarse, ahora podremos pasar a controlar dicho ataque de forma manual, de esta forma controlaremos los helicópteros, el AC-130, o el misil predator hasta su objetivo, aumentando su eficacia, aunque eso sí, nuestro personaje será más vulnerable pues quedará inmóvil en el escenario.
Según vayamos progresando tendremos acceso a la recompensa por las rachas de 3, 4, 5, 6, 7, 9 y 11 muertes consecutivas, estando el principio solo disponibles la de 3 y 4. La recompensa que se obtiene al conseguir cuatro muertes consecutivas es de las mas curiosas. Consiste en un paquete sorpresa que se ubicará de forma libre en el escenario, en él puede haber cualquier cosa, desde munición hasta un ataque especial que aumente notablemente nuestras muertes (su contenido es aleatorio). Eso sí, habrá que tener cuidado, pues si cualquier otro personaje llega antes que nosotros al paquete, nos birlará su contenido.