Fabuła filmu została zainspirowana serią komiksów Extremis autorstwa Warrena Ellisa wydawanych w latach 2005−2006. W pierwszej wersji scenariusza głównym antagonistą miała być Maya Hansen; miała ona pełnić podobną rolę do Aldricha Killiana. Marvel Entertainment jednak nie chciało się zgodzić na wprowadzenie kobiety – antagonistki ze względu na sprzedaż zabawek. Z tego powodu decydowano się na wprowadzenie postaci Mandaryna i Killiana. Podczas prac nad scenariuszem podjęto decyzję, aby Mandaryn był aktorem zatrudnionym przez Killiana; sam Killian dopiero w ostatnim akcie miałby zostać ujawniony jako główny przeciwnik.
Casting W maju 2010 roku Robert Downey Jr. poinformował, że w jego kontrakcie uwzględniony został udział w trzecim filmie o Iron Manie. W październiku potwierdzony został jego powrót w tytułowej roli. W maju 2011 roku ujawniono, że Gwyneth Paltrow zagra ponownie Pepper Potts. W czerwcu poinformowano, że Don Cheadle powróci jako James Rhodes. W marcu 2012 roku pojawiły się doniesienia, że Scarlett Johansson zagra ponownie Natashę Romanoff, jednak miesiąc później aktorka poinformowała, że nie wystąpi w filmie.