W filmie wystąpili również: Thomas Kretschmann jako Wolfgang von Strucker, lider Hydry; Henry Goodman jako List, naukowiec Hydry; Andy Serkis jako Ulysses Klaue, przemytnik i handlarz bronią; Julie Delpy jako Madame B, mentorka Romanoff z programu Red Room; Linda Cardellini jako Laura Barton, żona Clinta; Ben Sakamoto, Imogen i Isabella Poynton oraz Jaiden Stafford jako ich dzieci: Cooper, Lila i Nathaniel; Claudia Kim jako Helen Cho, światowej sławy genetyk, która współpracuje z Avengers oraz Kerry Condon jako F.R.I.D.A.Y., system, który zastąpił J.A.R.V.I.S.–a.
W rolach cameo pojawili się: twórca komiksów Marvela, Stan Lee jako weteran na przyjęciu Avengers oraz w scenie po napisach Josh Brolin jako Thanos.
Produkcja Rozwój projektu mały|upright=1.3|Joss Whedon, reżyser filmu W październiku 2011 roku Kevin Feige zapowiedział, że Iron Man 3 będzie pierwszym filmem, który rozpocznie Fazę Drugą Filmowego Uniwersum Marvela, a jej zwieńczeniem będzie sequel Avengers. W kwietniu 2012 roku Feige poinformował, że Joss Whedon może powrócić na stanowisko reżysera. W maju, po sukcesie pierwszej części, Robert Iger, prezes Disneya zapowiedział, że kontynuacja jest w fazie przygotowania.