The Doomsday Zone to poziom położony w kosmosie. Jest to dodatkowy poziom, dostępny wyłącznie dla Sonica po zebraniu Szmaragdów Chaosu i lub Super Szmaragdów. W zależności od posiadanego zestawu szmaragdów, który musi być kompletny, gracz zmienia się tutaj w Super Sonica lub Hyper Sonica. Na poziomie rozmieszczone są nieliczne pierścienie, które trzeba zbierać na swojej drodze, aby Sonic mógł utrzymać swoją super formę. Po utracie wszystkich pierścieni gracz traci życie i musi zacząć poziom od nowa.
The Doomsday Zone to niekończąca się trasa pościgu za Final Weapon, maszyną w której Eggman ucieka z Głównym Szmaragdem. W pierwszej części poziomu gracz musi przemierzyć pas meteorytów, które postać może rozbijać wykonując Super Sonic Boost. W kierunku gracza wystrzeliwane są także rakiety, możliwe do odbicia. Po przebiciu się przez pas asteroid gracz dociera do zakutego w niebieski pancerz Final Weapon, który strzela rakietami i pociskami ze swojego działka. Nie mogą one zranić gracza, ale powodują jego odrzucenie do tyłu lub tymczasowe ogłuszenie. W tej fazie należy odbijać rakiety Final Weapon z powrotem do niego.
Po zniszczeniu pancerza, Final Weapon ucieka z Głównym Szmaragdem w swoich dłoniach. Trasa znów wypełnia się meteorytami. Robota można teraz uderzać bezpośrednio, ale może być to utrudnione przez dużą ilość asteroid, a także bomby unieruchamiające, które boss zostawia na swojej drodze. Po zniszczeniu Final Weapon poziom dobiega końca - Super Sonic/Hyper Sonic odzyskuje Główny Szmaragd i ląduje na Tornadzie, które dostarcza klejnot z powrotem na Anielską Wyspę.
Cały poziom opiera się na walce z Doktorem Eggmanem podejmującym próbę ucieczki z Głównym Szmaragdem w wielkim robocie Final Weapon. Pierwsza faza bossa obejmuje przedarcie się przez rój meteorytów i pocisków wystrzeliwanych przez jego robota. Po tym jak gracz dogoni robota będzie trzeba nakierować jego pociski aby zniszczyć otaczający go niebieski pancerz. W ostatniej fazie robot pozbawiony jest pancerza i widoczny jest trzymany przez niego Główny Szmaragd. Robot jest w tej fazie podatny na bezpośrednie ataki, ale po każdym uderzeniu gracz odbija się od niego; dodatkowo pościg utrudniają meteoryty, bomby unieruchamiające i kolczaste kule zostawiane przez robota.
Jest to drugi poziom, który można odblokować dopiero po spełnieniu określonych wymagań. Pierwszym był Crystal Egg Zone z 8-bitowej wersji gry Sonic the Hedgehog 2.