Croixleur Sigma is een hack-and-slash actiespel waarin je met vier meiden door golven van monsters moet vechten. Kies uit vier wapens en experimenteer met verschillende strijdstijlen om je aanpak te vinden. Het spel biedt een verhaalmodus met een volledig ingesproken Japanse stem, waarin de focus ligt op vriendschap en personage-ontwikkeling.
Naast het verhaal kun je in Score Attack, Challenge Mode en Dungeon Mode losgaan op het vechten. Personages zijn aanpasbaar met accessoires zoals kattenoren, brillen en koptelefoons, die niet alleen hun uiterlijk verbeteren maar ook hun vaardigheden in de strijd kunnen versterken. Elke meid heeft ook unieke speciale aanvallen die je strategie bepalen.