Valkyria Chronicles 4 speelt zich af tijdens een oorlog die een continent verwoest. Je bestuurt Squadron E van de Federatie, onder leiding van commandant Claude Wallace en zijn vrienden. Ze vechten voor vrijheid, maar moeten het opnemen tegen sneeuwstormen, keizerlijke soldaten en de krachten van de Valkyria.
Het spel combineert turn-based strategie, RPG-elementen en real-time actie. Nieuwe functies zijn onder andere de Grenadier-klasse, ondersteuningsopties en de mogelijkheid voor eenheden om een 'Last Stand'-actie uit te voeren. Je vecht op grotere kaarten met meer eenheden dan ooit tevoren.
De grafische stijl is handgetekend en geïnspireerd door aquarelcomposities. De CANVAS Graphics Engine creëert een expressieve wereld vol kleurrijke emoties. De soundtrack is gecomponeerd door Hitoshi Sakimoto, de componist van de originele serie.