Operation Octo ставит перед учёным-осьминогом и его напарником-дельфином задачу остановить бунт подводных скелетов. Геймплей сочетает элементы tower defense и прямого экшена, где игрокам предстоит стратегически расставлять турели из механизированных морских созданий для отпора вражеским полчищам. При прорыве обороны протагонисту приходится лично маневрировать по локации, уклоняясь от атак неприятеля. Такой подход совмещает тактическое строительство с динамикой, присущей bullet hell.

В тайтле Operation Octo геймерам предстоит исследовать семь морей, сталкиваясь с различными биомами и их опасностями вроде ядовитых соляных озёр или кромешной тьмы глубин. Каждый новый регион открывает доступ к морским обитателям, подходящим для создания оборонительных башен, и пополняет арсенал. Состав противников тоже меняется: появляются пираты-мечники, химики с ядами и костяные драконы, заставляющие пересматривать тактику.

На отдельных этапах проходят битвы с огромными боссами, владеющими грозными способностями. Основу защиты составляют необычные конструкции вроде Креветки-пистолета и Морского котика. С поверженных скелетов выпадают Эликсиры — ресурс для улучшения башен до особых версий. Модификации меняют назначение юнита, превращая его в ледяную установку, сильного мутанта или оружие для скрытных атак. Ключ к успешному прохождению этой игры заключается в понимании, как лучше применять каждую турель и её возможные пути развития.