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Comme les précédents épisodes de la série, Star Fox Zero est un rail shooter dans lequel le joueur incarne Fox McCloud, à bord de son vaisseau Arwing, accompagné de son équipe composée de Falco Lombardi, Peppy Hare et Slippy Toad. Le joueur utilise le GamePad pour contrôler le vaisseau à l'aide des boutons et / ou du gyroscope. Tandis que l'écran de télévision affiche une vue à la troisième personne du vaisseau, l'écran du GamePad affiche une vue à la première personne affichant le cockpit.