W czerwcu poinformowano, że Joss Whedon prowadzi rozmowy ze studiem dotyczące zatrudnienia go jako reżysera filmu i poprawienia scenariusza Penna. W lipcu oficjalnie potwierdzono jego udział. W październiku Marvel wyraził zgodę, aby zapłacić Paramount Pictures 115 milionów dolarów za międzynarodową dystrybucję filmów Avengers i Iron Man 3. Umowa również dawała Paramount Pictures 8% z zysków. Scenariusz był konsultowany z National Academy of Sciences poprzez ich program Science & Entertainment Exchange.
Whedon przyznał, że w początkowych wersjach scenariusza uwzględniona została postać Wasp w zastępstwie Czarnej Wdowy, na wypadek, gdyby Scarlett Johansson nie mogła zagrać w filmie. Reżyser zaproponował, poza Lokim, drugiego złoczyńcę, którym miał być Ezekiel Stane, syn Obadiaha Stane’a, głównego antagonisty w filmie Iron Man z 2008 roku. Jednak ten pomysł został odrzucony przez studio. Szef studia, Kevin Feige ujawnił, że miał obawy, czy publiczności przypadnie do gustu Kapitan Ameryka, Thor lub Loki, ponieważ prace nad filmem rozpoczęły się na długo przed wydaniem filmów Thor i Kapitan Ameryka: Pierwsze starcie z 2011 roku.