遊戲流程分為“冒險部分”和“事件解決”兩部分構成。在“冒險部分”中，玩家要與遊戲中的其他角色進行交談，並且在對話中會掌握到某些“關鍵字”，這些言語對事件的解決將會起到很大作用。而在“事件解決”部分中，玩家將轉移到事件的現場，在限定時間內，控制阿虛尋找事件相關的蛛絲馬跡並最終成功解決問題
在本作中，以進入暑假的縣立北高為舞台，並由電視版製作團隊擔任劇情監修，帶領玩家進入本系列作品完全全新製作的原創故事。玩家在遊戲內將化身為故事主角“阿虛”，並必須一一解決麻煩製造機涼宮春日以及SOS團所面臨的各種無理難題，繼續阿虛必須跟在涼宮身後幫她解決麻煩的苦命生涯。在本作中，遊戲系統大致上可分為“AVG部份”以及“問題解決畫面”兩大部份，在“AVG部份”中玩家可以跟春日來進行交談以提高信賴度，並收集字句的碎片物件“話題”，然後在“問題解決畫面”中在不被春日注意到的情況下與其他SOS團的團員們將在學校依次發生的各種不可思議現象一一解決消滅來進行故事。
另外在NDS版中，除完全原創的全新故事之外，還將收錄由製作卡通版主題曲的團隊們針對本作所全新製作的兩首原創主題曲，同時在本作的初回限定版中，還將收錄原創設計的概念玩具迷你車“涼宮春日的憂鬱”迷你車松田RX-7以及NDS主機保護殼套“SOS團保護套”，還有可以貼在NDS主機上的“角色貼紙”，以及能用來個別收納NDS遊戲的“角色遊戲套”三個，跟專門用來收納這三個“角色遊戲套”的“NDS遊戲套專用收納盒”，以及最後可以將 NDS Lite主機收納在其中的“SOS團主機包”等多項同捆特典
