События Alice: Madness Returns начинаются там, где закончилась предыдущая игра American McGee's Alice: отчаянно борясь с собственным разумом, Алиса сейчас находится в учреждении для детей с психологическими проблемами, и ее преследуют воспоминания о гибели всей ее семьи в огне. Теперь другая угроза - в виде гигантского поезда - стремится уничтожить ее Страну чудес. Алиса будет проходить этапы, чтобы остановить поезд и узнать его истинное значение. В «Стране чудес» пять больших глав, каждая из которых посвящена разным темам и различным типам врагов.
Геймплей можно охарактеризовать как 50% прыжков с платформы и 50% рубящих ударов. В отличие от предыдущей игры, упор делается на рукопашный бой, хотя есть также средства (и необходимость) для стрельбы по врагам. Атаки в ближнем бою связаны с клинком (быстрые атаки) или игрушечной лошадкой (более медленной, но более мощной и способной прорвать оборону противника), а для дальних атак используется мельница для перца или чайная пушка. У кофемолки есть время перезарядки, а также ее можно использовать для активации переключателей на расстоянии.
У Алисы также есть бомба с таймером, и она может уклоняться от атак, ненадолго превращаясь в облако бабочек. Режим фокусировки может быть запущен, чтобы держать в поле зрения конкретного врага, и в этом режиме Алиса может развернуть зонт, чтобы отражать входящие снаряды. Когда у нее мало здоровья, может быть запущен режим монохромной истерии, в котором наносится гораздо больший урон, и Алиса может собирать врагов для здоровья вместо зубов, основной валюты, оставленной врагами. На многих платформах она может тройной прыжок в воздух и скользить вниз. Во время своих путешествий Алиса посетит Лондон XIX века и вымышленные миры.
Одна из новинок игры - способность Алисы уменьшаться в размерах в любое время, что позволяет ей входить в небольшие проходы и обнаруживать практически невидимые платформы и объекты. Он также используется для получения подсказок о следующей цели. Время от времени игрокам необходимо проходить различные мини-игры, такие как 2D платформер с боковой прокруткой, игра с катящимся мячом как в 2D, так и в 3D, а также уровни с боковой прокруткой с подводной лодкой. Здесь появляются некоторые персонажи из предыдущей игры, а также в игре представлены несколько новых существ из романов Льюиса Кэрролла.
Это только однопользовательская игра. Оружие Алисы можно трижды модернизировать с помощью новых способностей и более сильных атак с помощью зубов, которые она собирает в своем путешествии. Общее количество роз, обозначающих полоску здоровья Алисы, также можно увеличить, найдя и выполнив специальные задачи, называемые «комнаты радулы», и разгадав загадки Чеширского кота. Есть много спрятанных предметов, таких как различные воспоминания и бутылки. Их сбор открывает определенные галереи в меню игры. После завершения игры станет доступна опция «Новая игра +» с повышенной сложностью.