Este jogo apresenta oito personagens jogáveis, com quatro equipes predefinidas iniciais de dois e modos de personagens individuais desbloqueáveis. Ao jogar com os pares de personagens, um personagem dispara quando sem foco, enquanto o outro entra e dispara quando focado, com uma redução na velocidade de movimento. Os dois tipos de fotos podem ser drasticamente diferentes. Os personagens individuais, com exceção de Remilia e Youmu, não mudam os tipos de cena enquanto focam/desfocam. A Noite Imperecível apresenta Últimos Feitiços. Para o inimigo, uma Última Magia é uma Carta de Magia bônus que o jogador pode desafiar sem a opção de usar bombas e sem o risco de perder vidas. No lado do jogador, os Últimos Feitiços são Cartas de Magia "bomba" secundárias, que duram mais e causam muito mais dano do que as bombas normais às custas de dois estoques de bombas. Os Últimos Feitiços do Jogador só podem ser usados imediatamente após serem atingidos, com um período de carência de menos de 1 segundo. Além disso, há um sistema de "Orbe do Tempo" que afeta a história/pontuação, bem como um medidor que rastreia o quão humano/youkai (normal/focado) você é e determina como você pode coletar mais orbes do tempo.

A human and youkai team set off along a forest path to investigate. Along the way, they encounter a firefly (Wriggle Nightbug) and a night sparrow (Mystia Lorelei), who are quickly defeated. Next, they meet a half-beast (Keine) who is protecting a Human Village from youkai. She mistakes the team for enemies and attacks them. After the team defeats her, Keine indicates that the person who switched the moons is in the bamboo forest. In the bamboo forest, they encounter a character (either Reimu or Marisa) who demands to know why the team has been freezing time and causing an imperishable night. Finally the team reaches the mansion of the perpetrator. But once inside, they find that the mansion is guarded by a pair of rabbits (Tewi and Reisen). The rabbits are defeated, but not before disorienting the team. Confused, the team must choose which path to take (one leads to the real moon and the other leads to the fake moon). After picking the right path, they are able to meet the perpetrator of this mischievous scheme, Kaguya. Kaguya is a moon princess in hiding who has taken the real moon in order to sever the link between the earth and the moon. The team restores the real moon and Kaguya challenges them to face the "5 impossible requests. "