Cold Shell переносит игроков в оккупированный мегаполис, где ночью царит уличное насилие. Действие игры разворачивается в антиутопическом городе под иностранным контролем, где над головой патрулируют беспилотники, а под землей кипит корпоративная война. Игроки вступают в роль бывшего военного, ныне работающего в продуктовом магазине, чьи дремлющие аугменты внезапно активируются после долгих лет принудительной деактивации.

В центре игрового процесса - ближний бой на освещенных неоном улицах, где игроки с помощью самодельного оружия сражаются с бродячими бандами и корпоративными головорезами. Каждое столкновение влечет за собой систему прогресса, которая открывает новые боевые способности и возможности настройки личного пространства главного героя. Улицы превращаются в городское поле боя, где опасности окружающей среды, от автономных автомобилей до разрушаемых витрин магазинов, становятся тактическими преимуществами противников.

Бой протекает в ритме рывков, ударов и стратегического использования окружающей среды для преодоления все более сложных противников. Повествование разворачивается в ходе коротких и ярких взаимодействий, которые игроки могут по своему усмотрению включать или пропускать. В перерывах между схватками игроки возвращаются в свое настраиваемое убежище, где трофеи, полученные за победы в боях на арене, придают индивидуальность их личному убежищу. Игра держит темп благодаря быстрым боевым циклам и минимальному времени простоя между встречами.