Trong Doraemon 3: Makai no Dungeon, người chơi cùng chú mèo máy đáng yêu và bạn bè của cậu khám phá những mê cung nguy hiểm luôn thay đổi dựa trên bộ phim Nobita's Great Adventure into the Underworld. Trò chơi cho phép bạn điều khiển nhiều nhân vật trong series, di chuyển qua các môi trường dạng ô để giải cứu bạn bè bị bắt và khám phá các hiện vật ma thuật ẩn sâu trong dungeon.
Trò chơi áp dụng hệ thống roguelike cổ điển, với di chuyển và chiến đấu diễn ra theo lượt. Doraemon 3: Makai no Dungeon tập trung vào việc sử dụng chiến lược các món đồ tương lai của Doraemon, hoạt động như vũ khí, vật phẩm hồi máu hoặc công cụ thay đổi môi trường. Thành công phụ thuộc vào quản lý hành lý cẩn thận và lên kế hoạch chu đáo để đánh bại quái vật ngày càng mạnh trong khi bảo toàn độ bền của đồ.
Các tầng được tạo ngẫu nhiên đảm bảo mỗi lần vào dungeon là một trải nghiệm độc đáo. Người chơi gặp nhiều loại bẫy, phòng bí mật và quầy hàng trên các tầng ngầm. Phong cách đồ họa chuyển thể từ anime sang góc nhìn đẳng cự 3D, giữ nguyên nhận dạng nhân vật trong khi mang đến bầu không khí dungeon-crawling đặc trưng.
Là một tựa game roguelike hiếm hoi trong thương hiệu Doraemon, Doraemon 3: Makai no Dungeon khác biệt so với các game platformer thông thường của series. Nó đưa ra hậu quả nặng nề khi thất bại, nơi mất một lần chơi đồng nghĩa với mất vật phẩm và tiến trình, đòi hỏi người chơi sự chính xác và tầm nhìn xa.