В истории команды Роуз, ежиха Эми видит в газете фотографию Соника держащего чао Чоколу и лягушонка Фрогги, питомцев крольчихи Крим и кота Бига. Вместе с ними она отправляется на поиски Чоколы и Фрогги. В истории команды Хаотикс, в детективное агентство, состоящее из хамелеона Эспио, крокодила Вектора и пчелы Чарми, приходит посылка с рацией внутри. По ней неизвестный голос, обещая хорошее вознаграждение, предлагает Хаотиксу выполнить его миссии. Несмотря на предчувствия Эспио, команда отправляется в путь.

Игровой процесс

Sonic Heroes представляет собой трёхмерный платформер, имеющий сходство с другими играми серии. Игроку требуется дойти до конца уровня, попутно уничтожая врагов — роботов Доктора Эггмана. Он также должен собирать кольца, разбросанные по уровню. Если персонажу, которым управляет игрок, будет нанесён урон, то он потеряет кольца; если же при этом у него не было колец, игрок потеряет жизнь. Он также потеряет её, если упадёт в пропасть; чтобы увеличить количество жизней, игрок должен собрать как минимум 100 колец.

Кроме колец игрок может собирать бонусы, находящиеся в специальных коробках и шарах, или дающиеся после уничтожения некоторых противников. В зависимости от бонуса, у игрока может прибавиться количество колец, повыситься «уровень» какого-нибудь персонажа, на некоторое время увеличиться скорость, или неуязвимость. У него также может появиться защита от врагов, пропадающая после одного нанесения урона персонажу, или автоматически заполниться полоса «Team Blast».

На уровнях также встречаются висящие в воздухе мишени, в которые нужно попасть с помощью летающего персонажа. Это надо сделать с определенной дистанции, иначе мишень завертится, показывая, что надо отойти. Они могут использоваться как кнопки, активирующие что-либо, или просто встречаться на пути. При простом попадании дается 400 очков и один из бонусов — 5 колец, Командный взрыв (приводит команду в готовность сделать эту атаку), или жизнь. При точном попадании дается 1000 очков и 1 жизнь.

Кроме того в верхнем правом углу экрана находится полоса «Team Blast» (Командный взрыв), заполняющаяся по мере выполнения определённых действий. После заполнения данной шкалы, игрок сможет воспользоваться особой атакой, уникальной для каждой команды, уничтожающей всё вокруг. После этого полоса будет очищаться, за это время игроку даётся возможность выполнить какие-либо специальные действия. Как только шкала полностью очистится, Командный взрыв прекращается, и игрок опять может начать заполнять полосу.

Враги

Все виды врагов (кроме носорогов, танков и боссов) в зависимости от мощности различаются по цвету. Обычно это красный (самый простой), стальной или золотой (самый сильный) робот.

Супер сложный режим

После прохождения каждого уровня и победы над боссом игроку выдаётся определённый ранг (оценка). От худшего к лучшему: «E», «D», «C», «B», «A». Чтобы «открыть» супер сложный режим, надо пройти все уровни (и обычные, и дополнительные) на ранге «А». Игра в этом режиме возможна только за Команду Соника.

Команды

В Sonic Heroes даётся возможность управлять одной из четырёх команд, каждая из которых состоит из трёх персонажей. Игрок должен управлять одним из них, при этом он всегда может поменять персонажа; контроль над другими членами команды берет на себя компьютер.

Мощность атак персонажа зависит от, так называемых «уровней». У каждого персонажа их три, не считая начального, и чем выше «уровень», тем более мощной становится атака. «Уровень» можно повысить, найдя соответствующий бонус, который иногда можно получить из убитых врагов или дотронувшись до чекпойнта.