La campagna per giocatore singolo di Call of Duty: World at War conta 15 missioni, più una bonus. Nella versione Wii mancano l'undicesima missione e quella bonus.

Semper Fidelis - La prima missione del gioco si svolge sull'atollo di Makin e si apre con una cruenta scena di tortura a un soldato americano da parte di un ufficiale giapponese, con il nipponico che spegne il proprio sigaro nell'occhio del marine e che ordina ad un soldato di uccidere i due prigionieri. Il protagonista, un soldato di nome Joe Miller, viene salvato all'ultimo momento da una morte atroce. Si viene dotati di una Nambu e insieme ad altri marines si avanza lungo la spiaggia, fino a distruggere l'ultima resistenza nipponica sull'isola, affrontando anche diverse imboscate da parte dei giapponesi. Il nome della missione è preso dal vecchio motto dei Marines.

Scarsa resistenza - Due anni dopo la prima missione, il soldato Miller con i suoi "vecchi" commilitoni partecipa all'assalto all'isola di Peleliu. Sull'isola, al contrario di ciò che aveva assicurato il comando, i nipponici contrastano lo sbarco americano con forti postazioni di mortaio e mitragliatrici. Dopo lo sbarco, l'unico modo per distruggere le postazioni nemiche è quello di chiedere lanci di razzi navali. Alla fine della missione, uno dei più fedeli tra i compagni di Miller, il sergente Sullivan, viene ucciso da un ufficiale giapponese armato di katana, subito dopo aver aperto la porta del bunker dove si erano rifugiati i marines.

Atterraggio brusco - La missione si apre in una palude. Miller ed i suoi compagni, capitanati dal sergente Roebuck (ex caporale, promosso dopo la morte di Sullivan), si ritrovano a dover fronteggiare la difficile situazione; il loro obiettivo principale è quello di conquistare l'aeroporto nipponico. Muniti di lanciafiamme e bazooka distruggono i carri armati giapponesi Tipo 97 posti a protezione dell'aeroporto. Dopo aver distrutto i carri, si deve respingere l'ultima ondata nipponica, composta da fanteria e carri armati.

Vendetta - È la prima missione in cui si vestono i panni del soldato russo Dimitri Petrenko, che si ritrova fra i cadaveri del massacro della piazza di Stalingrado. Tra i superstiti c'è anche il Sergente Reznov, che guiderà Petrenko attraverso tutte le missioni della campagna russa. Dopo aver ucciso i tedeschi vicino alla fontana, si deve eliminare un cecchino di vedetta in un palazzo, aiutandosi col fuoco dello sparo per localizzarlo. Scampati miracolosamente a una pattuglia tedesca, bisogna aiutare dei compagni nell'intento finale: uccidere il generale Amsel. Dopo l'assassinio, inizia una corsa per gli edifici, poiché Petrenko e Reznov sono inseguiti dai soldati tedeschi e fatti oggetto di un intenso fuoco. L'unica salvezza è buttarsi nel Volga.

Sopra il loro sangue - Siamo nel 1945, sulle alture di Seelow, dove i tedeschi hanno eretto l'ultima linea di resistenza prima di Berlino. Petrenko è prigioniero di alcuni nazisti, e viene salvato da Reznov e Chernov, recluta del sergente. L'Armata Rossa deve distruggere i carri tedeschi King Tiger, per fiaccare la resistenza tedesca e farsi largo nelle linee nemiche. Superato il primo ostacolo, i russi proseguono con un brutale assalto a un accampamento nazista e uccidono tutti i tedeschi presenti. Alla fine della missione il sergente Reznov annuncia che "ogni vittoria li condurrà sempre di più verso Berlino".

Bruciateli tutti - Si ritorna alla campagna statunitense, nei panni del soldato Miller. La missione è ambientata nelle trincee giapponesi, dove l'esercito americano si reca per eliminare tre mortai pesanti che bloccano l'avanzata. Si inizia la missione con un lanciafiamme e bisogna farsi strada nelle trincee fino a raggiungere le posizioni dei mortai.

Inesorabili - Missione ambientata nella giungla di Peleliu, nella quale occorre neutralizzare la prima linea d'artiglieria dell'isola passando per paludi, gallerie e bunker, fanaticamente difesi dalle truppe giapponesi.

Sangue e ferro - In questa missione si ritorna alla campagna russa, con il soldato Petrenko che si ritrova alla manovra di un carro armato T-34/85, dotato di cannone da 85 mm e di lanciafiamme. L'obiettivo è distruggere diverse postazioni tedesche (torri, bunker, trincee e cannoni anticarro) ed arrivare alla stazione di Seelow. L'Armata Rossa vede infatti nel treno il mezzo più rapido per arrivare a Berlino. A difesa di tali strutture, oltre ai carri armati (i Panzer V ed i Panzer VI Tiger II), ci sono soldati tedeschi armati di Panzerschreck.

L'anello d'acciaio - L'Armata Rossa è riuscita a raggiungere Berlino con un treno tedesco. In questa battaglia, Petrenko ed i suoi commilitoni devono ripulire i vari edifici, dove alcuni soldati nazisti oppongono resistenza. La missione si conclude con un inseguimento di soldati tedeschi in fuga. A fine battaglia il Commissario Makarov, mentre i carri russi avanzano sparando continuamente, urla ai soldati e ai cittadini che è iniziata la Battaglia di Berlino.

Sfratto - Continua la corsa dei soldati sovietici dentro Berlino. Aiutati dai razzi delle Katjuša, la squadra guidata dal Sergente Reznov deve attraversare alcune vie della città per giungere nel tunnel della metropolitana, col doppio scopo di sfuggire al bombardamento e stanare ed uccidere i tedeschi che sono sopravvissuti e che ancora combattono. A fine missione, per cercare di ostacolare i sovietici, i nazisti cercano di uccidere i nemici inondando il tunnel della metropolitana.

Black Cats - In questa missione della campagna statunitense, nei panni dell'artigliere Locke, si è a bordo di un aereo Catalina. L'obiettivo della missione è quello di far colare a picco diverse navi mercantili giapponesi difese da numerose navi pattuglia. L'ultima parte della missione consiste nel difendere la propria flotta, attaccata all'improvviso da miriadi di aerei giapponesi, che si danno sia ad attacchi convenzionali, sia ad attacchi suicidi kamikaze; questa missione non è disponibile per la console WII.

Stanali e bruciali - Missione ambientata su di alcune colline del territorio di Okinawa, precisamente sull'altopiano di Wana, dove l'esercito americano deve distruggere tre bunker con degli esplosivi; successivamente si deve eliminare una cinta di fortini a protezione di una squadra di mortai.

Punto di rottura - L'assalto al castello Shuri è l'atto conclusivo della campagna americana. Per abbattere l'edificio, è necessario l'intervento degli attacchi aerei, a cui il soldato Miller dovrà inviare le coordinate. Proprio Miller, a fine missione, dovrà decidere se salvare il Sergente Roebuck, oppure il fuciliere Polonski, entrambi attaccati da soldati giapponesi che avevano finto d'arrendersi.

Il cuore del Reich - Il gioco permette di rivivere un solenne momento nella storia della seconda guerra mondiale: l'assalto al Reichstag, il parlamento tedesco, da parte delle truppe russe. Sopravvissuti all'inondazione delle gallerie, il soldato Petrenko ed il sergente Reznov devono guidare le truppe russe dentro il Reichstag, allo scopo di conquistarlo. È necessario distruggere i FlaK 88 per lasciar passare gli aerei alleati e permettere quindi di bombardare il Reichstag. A fine missione, sulla scalinata del Parlamento tedesco, Chernov verrà ucciso da una fiammata di un lanciafiamme. Reznov prenderà il libro che la recluta stava scrivendo dal 1942 e dirà "Qualcuno dovrà pur leggerlo".

La caduta - La missione si apre con la voce di Chernov che legge una parte del proprio diario riguardante le gesta di Dimitri. Questa missione è l'atto finale della campagna sovietica, con i soldati russi che devono liberare le viscere del Reichstag dalle residue forze tedesche. Dopo il bombardamento di razzi dell'Armata Rossa, al soldato Petrenko spetta l'onore di issare il vessillo russo sulla cima del palazzo. Anche se ferito da un colpo di pistola, Petrenko riesce a issare la bandiera sovietica sul Reichstag, che sventola su una Berlino ormai occupata.

Nacht der Untoten (Nazi Zombies, lett. La notte dei Non-morti) - Questa non è una vera e propria missione, poiché non ha un obiettivo, ma è un minigioco sbloccabile con il completamento della campagna in giocatore singolo. Con la nuova versione questa modalità sarà disponibile immediatamente senza dovere completare alcuna missione e giocabile anche online e a split-screen.