Natomiast Overoraptor i Rahonavis dodatkowo łączy obecność u obu taksonów skomplikowanego systemu kostnych grzebieni i wklęsłości na bocznych powierzchniach środkowych i tylnych kręgów ogonowych i podobnego kształtu końca dalszego łopatki.
Przeprowadzone przez Mottę i współpracowników (2020) analizy filogenetyczne nie dają pewności co do pozycji filogenetycznej O. chimentoi w obrębie Maniraptora. Z większości przeprowadzonych przez powołanych autorów analiz filogenetycznych wynika, że Overoraptor był w nierozwikłanej politomii u podstawy Maniraptora lub Pennaraptora albo w obrębie Paraves. Dokładniejszy wynik dała jedynie analiza przeprowadzona w oparciu o zmodyfikowaną macierz danych z analizy Agnolína i Novasa (2013); według tej analizy Overoraptor był taksonem siostrzanym do rodzaju Rahonavis, razem z którym tworzył klad siostrzany do grupy Avialae. Zdaniem Motty i współpracowników Overoraptor należał do nieznanego dotąd gradu ewolucyjnego maniraptorów, u których mogło dojść do wykształcenia niektórych cech budowy szkieletu uznawanych za przystosowania do lotu, w tym przystosowań do składania kończyn przednich w sposób, w jaki ptaki składają skrzydła.