Bullet Girls Phantasia est la dernière entrée de la série Bullet Girls. Il s'agit d'un jeu de tir d'action où vous contrôlez les filles du "Ranger Club", qui est une organisation scolaire créée dans le but de s'entraîner à la défense, et combattez les ennemis les uns après les autres. Dans cet opus, le décor est passé d'une école à un monde fantastique, où vous vous battrez contre des monstres comme des orcs et des slimes qui viennent à vous en grand nombre. Relevez le défi d'utiliser des armes modernes comme des carabines et des fusils de chasse.

Pour la première fois dans la série, le jeu aura des personnages Buddy qui participent à des batailles pour aider le joueur, contrairement aux personnages Supporter qui ne fonctionnaient qu'en coulisses dans les jeux précédents. Il existe des situations où des chars sont placés sur le champ de bataille, dans lesquels vous pouvez entrer et contrôler des chars pour anéantir des monstres. Lorsque les filles sont attaquées par des monstres, leurs vêtements seront progressivement détruits au fur et à mesure qu'elles subissent des dégâts. Plus les vêtements sont détruits, plus les dégâts sont subis pour les mêmes attaques.

La caractéristique clé de la série, « Entraînement d'interrogatoire », est un mode où le joueur peut chatouiller ou légèrement embêter les filles en simulant une situation dans laquelle elles sont attrapées par un ennemi. Vous pouvez utiliser divers objets d'interrogatoire comme des pistolets à eau et du lait concentré. L'humeur du personnage change et donne une réponse différente selon l'élément utilisé dans l'interrogatoire.