Игра вводит некоторые новые элементы. В отличие от всех остальных игр о Сонике, игрок управляет не одним персонажем, а целой командой из троих героев, каждый из которых обладает своими преимуществами. Игрок способен переключаться между персонажами и управлять одним из них, контроль за другими членами команды берет на себя компьютер. Также введена система «уровней» — у каждого персонажа три «уровня» (не считая начального). Чем выше «уровень», тем более мощной становится атака. «Уровни» можно получить из убитых врагов, докоснувшись до чекпоинта или просто найдя контейнер.

В верхнем правом углу экрана есть полоса, она набирается, когда команда совершает определённые действия. Когда полоска заполнится, команда сможет воспользоваться Командным взрывом — особой атакой, уникальной для каждой команды.

Уровни

Игра Sonic Heroes включает 14 уровней и 9 битв с боссами (включая «последнюю историю»). Количество врагов и цели могут различаться у всех команд. За каждый пройденный уровень за каждую команду даётся Эмблема.

• Команда Соника: добраться до конца уровня за ограниченное время.
• Тёмная Команда: уничтожить 100 врагов.
• Команда Роуз: собрать 200 колец.
• Команда Хаотиксов: цели разные.
  • Сисайд Хилл: найти все 20 крабов.
  • Океанский Дворец: найти чао так, чтобы враги вас не заметили.
  • Большой Мегаполис: уничтожить 85 врагов за ограниченное время.
  • Электростанция: уничтожить всех 5 золотых роботов-черепах.
  • Парк Казино: Собрать 500 колец.
  • Спуск БИНГО: найти все 20 фишек казино.
  • Каньон: пройти уровень за ограниченное время.
  • Склад Боеприпасов: уничтожить все 50 капсул с оружием
  • Лес лягушек: пройти уровень за ограниченное время так, чтобы лягушки вас не заметили.
  • Затерянные джунгли: Найти все 20 чао.
  • Замок: найти 10 ключей, так чтобы враги вас не заметили.
  • Таинственный Особняк: задуть все 46 синих факелов.
  • Флот: пройти уровень за ограниченное время так, чтобы враги вас не заметили.
  • Последняя Крепость: найти все 10 ключей от камеры.

Спецэтапы

На каждом уровне можно найти маленький ключ, который теряется, если вас ударил противник. Если же ключ был донесён до конца уровня, то герои попадают на Спецэтап. Он представляет собой длинную трубу, команда бежит внутри неё и в конце могут получить дополнительные жизни. Но на втором уровне каждой зоны (например, Океанский Дворец, Склад Боеприпасов и т. д.) герои должны в этой же трубе догнать Изумруд Хаоса, этому препятствуют шары с шипами. Каждый Изумруд двигается всё быстрее, а шипованных шаров всё больше. Чтобы открыть Последнюю Историю необходимо собрать все 7 Изумрудов Хаоса. Этот этап очень похож на спецэтап из Sonic the hedgehog 2

Последняя История

После того, как все истории пройдены и собраны 7 Изумрудов Хаоса, открывается Последняя История. Она начинается с конца истории Хаотиксов. Их заключённым в камере клиентом оказался доктор Эггман. Вектор спрашивает кто его запер в тюрьме. Эггман начинает отвечать: «Это был…». Все команды и Эггман бегут к высокой башне, откуда доносится громкий голос: «Все живые твари, встаньте на колени перед хозяином!». На башне стоит загадочная фигура с распростёртыми руками. Молния бьёт в башню и разбивает её, все металлические обломки кружатся вокруг злодея, и он превращается в огромное металлическое, похожее на дракона, существо. Эггман сообщает, что это Метал Соник, в своей самой мощной форме. Он скопировал данные всех команд, а также данные о Хаосе от Фрогги и Чоколы. И, соединив их воедино, стал практически непобедимым. Узнав, что у команд есть 7 Изумрудов Хаоса, Эггман заявляет, что даже с ними их шансы малы. Команды Роуз, Хаотиксов и Тёмная Команда решают отвлечь Метал Соника, пока Команда Соника готовится к превращению в Супер Форму. Битва начинается с Команды Роуз, затем Хаотиксы, и после Команда угрюмый(неправильный перевод от dark(в англ. версии)). После победы над Металлическим Безумием, его когти превращаются в крылья и он тяжело взлетает. Используя силу Изумрудов Хаоса, Соник и друзья трансформируются в Супер Форму. Соник становится Супер Соником, а вокруг Наклза и Тейлза возникает яркое жёлтое сияние. Нанести урон Металлическому Повелителю можно только Командным Взрывом. Пять таких атак должны справится с финальным боссом. Он падает, крича "I am real Sonic!". Превращаясь в начальную форму, он стоит на коленях и, опершись руками, снова изменяется в свою классическую форму. Соник подходит и сообщает, что готов к реваншу в любое время. Он убегает, Тейлз бежит за ним. Метал Соник падает, а Эми отправляется догонять Соника. Наклз преследует Руж, которая пошла за Главным Изумрудом. Омега поднимает деактивированное тело Метал Соника и поворачивается к Шедоу. А Команда Хаотиксов бежит за Эггманом, который ушёл не заплатив им.

Супер сложный режим

После прохождения каждого уровня и победы над боссом игроку выдаётся определённый ранг (оценка). От худшего к лучшему:"E", «D», «C», «B», «A». Чтобы «открыть» супер сложный режим надо пройти все уровни (и обычные, и дополнительные) на ранге «А». Игра в этом режиме возможна только за Команду Соника.

Разное

Сюжетные ошибки

• У Шэдоу есть Изумруд Хаоса вне зависимости, собрал он его на спецэтапе, или нет.

Появление героев

• Крим разрабатывалась специально для игры Sonic Heroes, но Sonic Team решили, что будет хорошо представить её сначала в игре Sonic Advance 2.

Сюжет

Сюжет в игре достаточно разбросанный, он, в особенности история Команды Дарк — подготовка к сюжету игры Shadow the Hedgehog, которая вышла в 2005 году. Крим ранее появлялась в игре Sonic Adventure DX.

В игре

• Во вступительном ролике Команды Хаотиксов за Вектором видна доска для напоминаний, на которой видны рисунки роботов из игры Sonic the Hedgehog 16-bit.
• Уровень «Лягушачий Лес» похож на «Mushroom Hill Zone» из игры Sonic&Knuckles. Наклз даже делает замечание по этому поводу во время полёта на цветке. Он произносит, что большие грибы есть и на Острове Ангела, но не такие гигантские.
• И в японской, и в американской версиях человек, озвучивавший Соника, озвучил и Метал Соника
• Уровень «Парк Казино» похож на Казинополис из Sonic Adventure. Эми Роуз даже говорит, что этот город напоминает ей Казинополис,хотя в Sonic Adventure она там ни разу не была лично.