基本的に、GBA版ポケットモンスターとほぼ同じものを踏襲しているが、3Dグラフィックを採用している。前作と異なり、移動中であればいつでもセーブができるようになった。また、前作は「今まで入手できなかったポケモンを入手できる」ことを売りにしていたが、このXDが発売された時点で既に、GBA版では全種類（380+6匹）のポケモンが入手可能であったため、「今まで覚えられなかった新たな技を覚えたポケモンが手に入る」ことを売りにしている。しかし本作でのみ覚えられる技については制作側が充分に把握していなかったためか、『ダイヤモンド・パール・プラチナ』のWi-Fiバトルタワーにおいては、本来覚えられない技として不正扱いされてしまうという問題もあった（現在は修正済）。一方、GBA版においてはキャンペーンでしか入手できなかった「ルギア」が通常プレイで入手できるようになったのも大きな特徴である。戦闘は前作同様、物語序盤およびバトル山内部、野生ポケモンとのバトルを除きポケモンを2体ずつ繰り出す「ダブルバトル」で行われる。ダークポケモン専用技の数が増え、手持ちに加えていない、パソコンに預けているポケモンもリライブを進められるようになった。
前作『ポケモンコロシアム』の直接の続編である。ポケモンの本格RPGという触れ込みで登場した。前作同様、謎の組織との戦いを繰り広げながら、彼らによってココロを閉ざされ戦闘マシーンと化したポケモン「ダークポケモン」を「スナッチ」（奪い取ること）し、「リライブ」という手段でココロを開き、元のポケモンに戻していくことが冒険の目的であるが、前作と異なり、わずかながら野生のポケモンも出現する。特定の条件を満たすことで、ゲームボーイアドバンス（以下「GBA」）版『ルビー・サファイア・エメラルド』『ファイアレッド・リーフグリーン』とポケモンの通信交換を行うことができる。さらに今作では、『ポケットモンスター ダイヤモンド・パール』に登場するポケモンも、一部本編に先駆けて登場している。ただし、仲間にすることはできない。今作も対戦モードはあるものの、GBA版同士のフリーバトルしか行えず、前作にあったようなNPCと戦えるコロシアムモードは存在しない。前作同様、ポケモンの鳴き声はGBA版の電子音そのままであり、出現時にアニメーションをとらないが、野生のポケモンだけはアニメーションをとる。前作ではほとんど直立不動だったトレーナーが所持ポケモンにダメージを受けた際にアクションをするようになった。なお、前作とは異なりメモリーカードは同梱されていない。
薬師寺では、クラシック系の音楽や高校生の吹奏楽から、ポピュラー音楽まで、さまざまな機会に多様なジャンルの音楽家による奉納コンサートが開催されている。2001年には、さだまさしが「薬師寺玄奘三蔵院伽藍総供養記念さだまさし薬師寺奉納公演」を行い、その模様は『瑠璃光 薬師寺ライヴ2001』としてライブ盤となった。その後、2003年に大講堂が再建されてからは大講堂前特設舞台をステージとし、金堂との間に席を設けた屋外コンサート形式が多くとられている。これまでに奉納コンサートを行なった中には、安全地帯、AKB48、石井竜也、甲斐バンド、スターダストレビュー、堂本剛、徳永英明、南こうせつなどが含まれている。
キン肉マンが第58代キン肉星大王に即位し、平和を取り戻した地球を見届けキン肉星に帰還した後、ウォーズマンらアイドル超人は長年の戦いによる傷を癒すため、メディカル・サスペンションによる肉体治療を受ける。地球では正義超人・悪魔超人・完璧超人の三属性超人不可侵条約の締結式が行われ、テリーマンが正義超人代表として条約に署名する。その数日後、宇宙超人タッグ・トーナメントで撃退した完璧超人の本隊である真・完璧超人軍率いる完璧・無量大数軍が条約の撤回のために地球に襲来。ウォーズマンはメディカル・サスペンションによる肉体治療から開放された後、ロビンマスク、ラーメンマン、ブロッケンJr.らアイドル超人たちと合流して共に試合会場に現れ、第2戦（セカンドステージ）である鳥取砂丘・サッカラ階段ピラミッドリング対抗戦から参戦する。ピラミッドリング内を移動している最中、間欠泉による影響でリングが崩れたため、参戦した超人の中では最後にリングに現れ、第7ステップにてポーラマンと対決。ピラミッドリングの最終戦を開始した。第6ステップにてロビンマスクがネメシスに敗れ、ロビンから自分の代わりを務めるように頼まれるものの、ロビンが敗れたことと、ポーラマンから機械超人である生い立ちを指摘されたことで冷静さを欠いてしまい、KO寸前まで追い詰められてしまう。しかしロビンの幻影とキン肉マンたちからの激励で、先のキン肉星王位争奪戦で再インプットした友情モードに「シンジルココロ（信じる心）」を加えることで、スーパーユウジョウ（超友情）モードを発動させて、活動限界時間の5分追加と10倍のパワーを獲得。ロビンの遺志を継ぎ、それに恥じぬ生き方をすると誓う。試合中に仮面を外され、素顔を晒されても動揺せずパロ・スペシャルを解かないなど精神的成長も見せポーラマンを追い詰め、激戦の末パロスペシャル・ジ・エンドで勝利する。この際に自分には寿命がないことを明かし、それがロボ超人のいいところだと発言している。ポーラマンがネメシスに介錯されそうになるのを阻止しようとしたが、間に合わず決行されてしまう。しかしポーラマンは彼の優しさに触れ、試合中に侮辱したことは訂正すると言い残し死亡した。以降はロビンマスクの後を継ぎ、正義超人たちのリーダーとなる。その後、京都の銀閣寺が変形したシルバーキャッスルで対戦するザ・ニンジャとカラスマンをモニターで見たことで、ザ・ニンジャの応援をするためにキン肉マンたちと共に京都へ行き、ザ・ニンジャの勝利を見届けた。そして、現れたストロング・ザ・武道に連れ去られたキン肉マンの後を追って国立競技場へ向かう。そして、ロビンマスクの仇討ちのため、ネメシスに向かうがラーメンマンに「ロビンマスクの後を任されている」との理由で説得され、ラーメンマンに託す。その後、キン肉マンやミートと共に観戦をする。しかし、そのラーメンマンもネメシスには及ばず、敗れ去ってしまう。ロビンマスク、ラーメンマンと立て続けに実力は超人が倒されたことで、キン肉マンはすっかり怯えてしまう。そんな彼にウォーズマンは自信を持つように諭すが、それでも心変わりはせずネメシスとの戦いを放棄しようと逃げ出してしまう。しかし、見咎めたネプチューンマンの説得により、キン肉マンは今度こそ奮起。戦うことを決意する。そんな彼を、ウォーズマンは密かに見守っていた。ロビンマスクの仇を討ちたい思いはあるものの、ネメシスの生い立ちを知ったことで、その役割はキン肉マンに託した。